仿生眼的研究现状与发展趋势

首先，在分析人眼眼球运动的特点和形式的基础上,详细介绍了国内外仿生眼研究对扫视性眼球运动、平滑性眼球运动、异向眼球运动、前庭动眼反射、视动反射等的模仿，最后总结了仿生眼研究的特点和发展趋势．     

基于眼球前庭动眼反射的机器人视觉误差主动补偿方法

针对机器人在颠簸环境下作业过程中产生姿态变化从而导致的视觉不稳定性问题,基于眼球前庭动眼反射的机理,提出一种主动补偿视觉误差的方法.在生理学和解剖学的基础上,根据眼球运动的神经回路,建立了一个具有自适应性的前庭动眼反射控制模型.为了验证模型的性能,在不同的环境中进行了仿真实验,仿真结果表明该模型可以主动补偿机器人姿态变化所引起的视觉误差,并且具有良好的自适应性.最后,通过实体机器人实验验证了该控制模型的有效性与准确性.     

应用最大熵马尔可夫模型标注阅读眼动序列

人在阅读过程中的眼球运动具有一定规律,阅读眼动模型有助于人们更好地理解和认知这些规律。针对现有阅读眼动模型建模方法复杂的问题,突破传统阅读眼动模型注视粒度处理和回视处理模式,提出了基于单词的阅读眼动注视粒度处理模式和基于熟练读者的阅读眼动回视处理模式,利用阅读眼动注视序列标注与自然语言序列标注的高度相似性,形成了阅读眼动注视序列标注方法,从而把复杂的阅读眼动建模过程转化成了简单的语言序列标注过程,并使用最大熵马尔可夫模型实现了所提出的方法。实验结果表明,所提出的方法可以较好地描述阅读眼动任务,并且较易用机器学习模型进行实现。     

基于支持向量机眼动模型的活性判别算法

提出一种基于支持向量机眼动模型的活性判别算法．该算法通过大量的人眼的样本来训练基于支持向量机的眼动模型，然后在活性判别过程中，通过被识别人进行眨眼的配合动作来完成活性判别的过程．由于人脸照片不可能做出眨眼的配合动作，因此照片就被成功地排除在了人脸识别系统的外面，从而提高了人脸自动识别系统的安全性．     

一种新的人眼视觉运动认知特性实验分析方法

视觉感知过程源于对象自身的大范围拓扑性质,而场景对象发生运动状态变化时,其所在空间的大范围拓扑关系也将随之改变。为探索大范围拓扑性质和运动性质同时改变时人眼视觉的认知优先特性,基于虚拟现实技术及眼动跟踪技术,通过构建虚拟驾驶及眼动轨迹分析实验平台,结合拓扑复杂度和空间拓扑关系概念分别探讨二维和三维空间中人眼视知觉对物体运动的认知特性。在此基础上,采用响应面分析方法设计场景中自变量因子的随机实验数值,通过可视化方法对比多组认知场景的无感反馈眼动监测结果。实验结果表明,在Tobii眼动仪采集的545个眼动数据中,发生在运动物体上的数据有516个,相比于物体自身属性的大范围拓扑性质变化,人眼视知觉过程更优先识别物体运动的大范围空间拓扑关系变化。该运动认知优先特性为可靠人工智能驾驶中的视觉注视预测技术提供了新的研究思路,同时验证了所提实验分析方法的有效性。     

快速眼动信息识别算法研究

眼动信息能实时反映人类的心理变化及意识倾向, 虽然人眼比手更为灵敏, 但图像处理速度限制了帧速率的利用率, 不能有效捕捉眼动信息, 准确率也会大幅降低。针对目前现有的问题进行了图像匹配原理的研究, 设计了适合于眼动信息识别的单眼模板多层匹配算法, 并对该算法在常见干扰下进行实验和数据分析, 该检测算法运算速度快、准确度较高, 作为实时眼动信息识别算法有较高的应用价值。     

一种基于视频数据的服装显著性预测方法

人眼视觉注意机制表明当人眼观察目标时,注意力只会放在少数感兴趣的区域, 而自动忽略视野中大部分不感兴趣的其他区域。研究人类视觉注意机制,并构建有效的服装显 著性预测模型,可在后期用于指导更加逼真有效的服装运动建模,提高模拟效率。为此,对着 装人体运动视频数据进行分析,构造了种类多样的视频样本,并利用眼动技术采集真实人眼的 注视数据,采用高斯卷积生成视频帧的显著图作为训练模型所需的 Ground-truth。在进行视频特 征提取时,结合了底层图像特征、高层语义特征以及运动特征,共同构造特征向量和标签,并 通过支持向量机(SVM)训练得到基于服装视频的显著性预测模型。通过实验验证,该方法的性 能在服装显著性预测时,优于传统的显著性预测算法,具有一定的鲁棒性。     

阅读眼动追踪语料库的构建与应用研究综述

阅读文字时眼球的运动反映了人类的认知过程。阅读眼动数据是认知心理学、应用语言学、计算机科学等领域中重要的基础数据,而我国在阅读眼动研究的基础数据方面较欠缺。针对这一现状,首先介绍了阅读眼动追踪语料库产生的背景以及国内外的相关文献;然后从影响阅读眼动的低水平视觉因素和高水平视觉因素角度介绍了阅读眼动追踪语料库的内容及所使用的各项眼动指标,如单一注视时间、首次注视时间、凝视时间、总注视时间、回视出次数、回视入次数等,并分析了使用语料库研究法进行阅读眼动研究相比传统阅读眼动研究具有的3个优势;最后从语料库眼动指标变量、语料规模、语料内容、语料语种、被试规模、被试特征、采集设备等方面介绍了国外已经建成的较有影响力的若干阅读眼动追踪语料库,以供阅读眼动研究者参考。在眼动追踪语料库应用研究方面,对认知心理学、应用语言学和计算机科学等相关领域已开展的主要研究进行述评,重点介绍了在计算机科学的眼动可计算模型、自然语言处理、模式识别3个领域中基于阅读眼动追踪语料库开展的典型研究。在中文阅读眼动追踪语料库的构建与应用研究方面,介绍了我国相关研究的开展现状,分析了我国在眼动基础数据方面欠缺的原因,并从国家、科研机构、科研工作者3个层面提出了解决此问题的对策和建议。     

用于移动设备人机交互的眼动跟踪方法

传统眼动跟踪设备构造复杂、体积和重量大,通常只能以桌面固定方式使用,无法支持普适计算环境下的移动式交互.为此,提出一种面向移动式交互的眼动跟踪方法,包括眼动图像处理、眼动特征检测、眼动数据计算和眼动交互应用4个层次.首先对眼球红外图像进行滤波、二值化处理,进而基于瞳孔-角膜反射法,结合二次定位和改进的椭圆拟合方法检测瞳孔,设计缩放因子驱动的模板匹配法检测普洱钦斑;在此基础上,计算注视点坐标等眼动数据;最后设计与开发了一个基于单个红外摄像头的头戴式眼动跟踪原型系统.实际用户测试结果表明,该系统舒适度适中,并具有较高精度和鲁棒性,从而验证了文中方法在移动式交互中的可行性和有效性.     

一种基于眼动追踪的产品用户需求获取方法

为提高用户需求获取的准确性,提出一种基于眼动追踪的产品设计用户需求获取方法。通过设计眼动实验,分析人眼对不同风格产品形态观察时的运动轨迹并得出实验数据。从心理学角度研究眼动实验参数与用户消费心理的联系,选出首次注视持续时间、首次注视时间、注视总次数、平均瞳孔直径四项参数构建用户需求获取指标评判体系。使用综合赋权法确定参数的权重,加权各样本并比较,最终确定用户需求。以手机设计的用户需求获取为案例对该方法进行了验证。     

基于人眼鼻孔特征的眼动跟踪方法

提出了一种基于人眼鼻孔特征跟踪眼动的算法。首先利用Adaboost的层叠式分类器定位人脸、眼睛和鼻子;然后采用梯度Hough变换检测圆的方法精确定位瞳孔虹膜;最后利用几何方法建立椭圆跟踪模型,实现瞳孔的快速跟踪。实验结果表明,该方法定位眼睛嘴角快速准确,同时对眼睛的跟踪具有较好的鲁棒性和实时性。     

Adaptive walking control of quadruped robots based on central pattern generator （CPG） and reflex

This paper presents a central pattern generator (CPG) and vestibular reflex combined control strategy for a quadruped robot. An oscillator network and a knee-to-hip mapping function are presented to realize the rhythmic motion for the quadruped robot. A two-phase parameter tuning method is designed to adjust the parameters of oscillator network. First, based on the numerical simulation, the influences of the parameters on the output signals are analyzed, then the genetic algorithm (GA) is used to evolve the phase relationships of the oscillators to realize the basic animal-like walking pattern. Moreover, the animal’s vestibular reflex mechanism is mimicked to realize the adaptive walking of the quadruped robot on a slope terrain. Coupled with the sensory feedback information, the robot can walk up and down the slope smoothly. The presented bio-inspired control method is validated through simulations and experiments with AIBO. Under the control of the presented CPG and vestibular reflex combined control method, AIBO can cope with slipping, falling down and walk on a slope successfully, which demonstrates the effectiveness of the proposed walking control method.     

在线融合特征的眼睛状态识别算法

针对人脸视频中眼睛定位精度影响眼睛状态识别正确率问题,提出了一种融合在线肤色模型的眼睛状态识别算法。首先,在人脸主动表观模型(AAM)定位的基础上,使用当前用户的肤色特征,建立在线肤色模型;其次,在初步定位的眼睛区域,再次使用在线肤色模型,定位内外眼角点的精确位置,并利用眼角点的位置信息提取精确的眼睛区域;最后,提取眼睛区域的局部二值特征(LBP),使用支持向量机(SVM)算法,实现对眼睛睁闭状态的鲁棒识别。实验结果表明,对比全局定位的眼角点定位算法,该算法可以进一步降低眼角点的对齐误差,在低分辨人脸中使用在线融合特征的睁闭眼状态的准确识别率分别为95.03%及95.47%,分别比直接使用Haar特征和Gabor特征的识别率提升2.9%和4.8%,在实时人脸视频中,使用在线特征可以明显提高眼睛状态识别效果。     

基于复杂度和最佳阈值的人眼定位方法

人眼定位方法的研究目前已经成为人脸识别智能化中的重要研究内容。提出了一种无需先确定人脸位置,而在有背景灰度人脸图像中直接检测与定位人眼的新算法。利用复杂度的原理,对人脸图像中眼睛位置进行快速定位,剪切眼睛区域的图像块;再利用图像分割的原理,自动寻找最佳阈值,提取眼睛的边缘;进行形态学操作,排除非人眼的图像块,从而正确定位眼睛的位置。该方法能较大提高人眼定位的计算速度,适用于实时性要求较高的场合。仿真实验验证了该算法的有效性和稳定性。     

基于双眼同步运动特征约束的Kalman瞳孔跟踪算法

针对注视点研究中,红外光照明下双眼瞳孔运动的定位跟踪存在误差的问题,以双眼实时图像为研究对象,提出一种基于双眼同步运动特征约束的瞳孔跟踪算法.根据人类双眼在注视过程中的同步运动特征,把双眼瞳孔间距矢量作为隐式参数进行估计,简化包含左右眼位置、速度和双眼瞳孔间距的模型为统一的双眼同步跟踪模型,运用Kalman滤波器实现了运动特征估计和状态跟踪.实验采用自制的头戴式注视点传感装置进行眼部图像的采集.实验表明,该算法跟踪精度高,抗干扰能力强.相较于传统的以左右瞳孔位置与速度以及左右眼相对位置为状态量的算法,本文算法在位置跟踪和速度跟踪的鲁棒性上有明显改善,算法计算量也明显减少.另外,经过本文算法处理后的注视点位置估计精度大大提高,为注视点在人机交互领域中的进一步应用奠定了基础.     

驾驶员疲劳驾驶中的眼睛定位创新算法

通过人眼图像来检测驾驶员疲劳驾驶是目前的主流方向,面部及眼睛定位是其中关键的环节。提出了一种新颖的精确定位眼睛的方法。该方法由两部分组成:第一部分,通过肤色聚类分割算法将人脸区域分割,对分割图进行几何过滤,对得到的候选人脸区域中的孔洞计算质心点找到可能的人眼对;第二部分,在检测到人脸区域和眼睛大致位置的基础上,结合提出的眼睛模型,采用新的Hough变换椭圆检测算法精确定位人眼的位置。实验证明所提出的算法是快速可靠的。     

人体生理系统计算机仿真

人体生理系统是一个复杂的非线性动态系统，本文根据人体生理系统的数学模型Ｈｕｍａｎ，介绍了基于这种数学模型的仿真方法，并在微机上实现了计算机仿真系统ＨＰＳＳ，在文章的最后给出了若干仿真实验的结果。