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A Low Cost Eye Tracking System for Monitoring Eye Fixation

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摘要

ABSTRACT

Table of Contents

LIST OF FIGURES

Chapter 1 Introduction

1.1 Introduction

1.2 Goals of this Thesis

1.3 Related Work

1.4 Thesis Roadmap

Chapter 2 Background

2.1 Human Eye Anatomy

2.2 Eye Muscles(Extraocular muscles)

2.3 Eye Movements

2.3.1 Saccades

2.3.2 Smooth Pursuit

2.3.3 Fixation

2.4 Visual angle

2.5 History of Eye Tracking

2.6 Eye Tracking Approaches

2.6.1 Electrooculography

2.6.2 Seleral Search Coils

2.6.3 Infrared oculography

2.6.4 Video oculography

2.7 Head Mounted Eye Tracking Systems

2.7.1 Corneal Reflection

2.7.2 Gaze Estimation

2.7.3 Head Mounted System Calibration

2.7.4 Gaze Data presentation and Storage

2.7.5 Gaze Data Analysis

2.7.6 Eye Tracker Data Quality

2.8 Chapter Summary

Chapter 3 Eye Tracker Head Gear

3.1 Hardware List

3.1.1 Cameras

3.1.2 Eye Tracker Frame

3.1.3 IR-LEDS

3.1.4 IR-Pass Filter

3.1.5 USB-HUB

3.1.6 CubieboardA20(for offiine recording)

3.1.7 Micro-SD card(offiine Storage)

3.1.8 Rechargeable battery pack

3.1.9 Other tools

3.2 Prepare the Headgear parts

3.2.1 Disassemble the webcams

3.2.2 Eye Camera Modification

3.2.3 Modify the Goggle(head-gear frame)

3.2.4 Attach the camera to the frame

3.2.5 Prepare Cubieboard for offiine tracking

3.3 Potential Optical radiation Hazards of IR light

3.4 Chapter Summary

Chapter 4 Eye Tracker System Design

4.1 Pupil Localization

4.2 Pupil Segmentation

4.3 Feature extractions

4.4 Ellipse fitting

4.5 Calibration and Mapping

4.6 Gaze Data and Heat Maps

4.7 Chapter Summary

Chapter 5 Eye Tracker System Implementation

5.1 Overview of the Application Frameworks

5.1.1 OpenCV

5.1.2 Threading Building Blocks(TBB)

5.1.3 Boost (C++libraries)

5.1.4 Qt Application Framework

5.2 Tracking System Application

5.2.1 Eye Tracker Main Application

5.2.2 CamerasHandling

5.2.3 Pupil Processing

5.2.4 Tracker Calibration

5.2.5 Gaze Data-logging

5.2.6 Play Heat Maps

5.3 Chapter Summary

Chapter 6 SystemEvaluation

6.1 Hardware configurations

6.2 Video Stream Synchronization and System Latency

6.4 Eye Tracker Spatial Precision

6.5 Head Gear Operating Trial

6.6 Chapter Summary

Chapter 7 Future Work and Conclusion

7.1 Future Work

7.2 General Discussion and Conclusion

References

Appendix

Appendix 1:OpenCV Configuration on Debian Linux

Appendix 2:Linking Qt libraries and OpenCV

Acknowledgments

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摘要

“眼球追”技术为研究现实生活中人们从事具体事务时如何处理视觉信息提供了一个独特的视角。该技术被有效应用于诸多学科中,如计算机科学、神经学、实验心理学等,用来量化研究认知性任务和视觉处理的过程。无论是对可用性分析师、运动科学家、认知心理学家、阅读研究者,还是对语言心理学家、神经生理学家、电器工程师等,它都有其用武之地。然而,尽管眼球追踪技术已经取得了重大的进展,但所要花费的高昂费用让很多研究望而却步。即便在亟需该项技术的残障人群群体中,也只有很小的一部分人能够支付得起高昂的费用。
  本研究的目的在于通过使用低廉定制的组件制造出低价的眼球追踪仪。该追踪仪的花费远低于市场上的价格,且简单易用,与所有通用操作系统均具备兼容性。其捕捉系统使用源码开放、跨平台的软件工具用来进行计算机视觉处理、图像处理和图形设计。同时,该追踪仪能够监控用户的实时注视点并储存下注视点信息以做分析。本研究可能会对希望探索人类认知行为的学者有一定的帮助,同时对未来眼球追踪系统设计起到一些指导作用。

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