人體的體感控制是智能控制設(shè)備的一個(gè)典型的研究方向，其典型的代表就是基于人體表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)控制，已被廣泛應(yīng)用于游戲及體育訓(xùn)練等很多方面。盡管業(yè)界廣泛認(rèn)為基于腦波控制是體感控制的最有效措施，但由于腦波信息的復(fù)雜性使得相關(guān)技術(shù)仍舊停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。視頻信息是人類獲取外界信息的主要渠道，相應(yīng)的眼球運(yùn)動(dòng)也具有典型的行為模式特征，其運(yùn)動(dòng)范圍小，釋義明顯，因而基于眼球興趣移動(dòng)信息的控制也被業(yè)界廣泛關(guān)注，相應(yīng)的產(chǎn)品在國外也有一定表現(xiàn)。
　　眼動(dòng)儀是用于記錄人在處理視覺信息時(shí)的眼動(dòng)軌跡特征的一種設(shè)備，根據(jù)角膜和瞳孔的反光原理設(shè)計(jì)的眼動(dòng)儀有：美國應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（ASL）生產(chǎn)的504型和501型眼動(dòng)儀、加拿大SR公司生產(chǎn)的eyelinkII型頭盔式眼動(dòng)儀、法國的Metrovision公司生產(chǎn)的Mon VOGl型和Mon VOG2型眼動(dòng)儀、美國Fourward Optical Technology公司生產(chǎn)的第六代雙普金野眼動(dòng)儀以及德國SMI公司生產(chǎn)的MEye Track型眼動(dòng)儀等等。美國LC技術(shù)公司生產(chǎn)的eye gaze communication system也是用這個(gè)原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀，它可以幫助那些不能用手進(jìn)行計(jì)算機(jī)鍵盤操作的病人用眼睛代替手來操作鍵盤。
　　根據(jù)電流記錄法原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有法國Metrovision公司生產(chǎn)研制的Model Mon EOG眼動(dòng)儀，這種眼動(dòng)儀可以記錄水平和垂直方向的眼動(dòng)情況。
　　根據(jù)電磁感應(yīng)原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的磁感應(yīng)眼動(dòng)記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)生理學(xué)、閱讀、神經(jīng)病學(xué)和視覺研究中。
　　另外，瑞典托比公司和中國聯(lián)想集團(tuán)3月1日在德國漢諾威2011年信息和通信技術(shù)博覽會上共同推出世界上第一款用眼睛控制的筆記本電腦。該電腦的焦點(diǎn)總能聚集在用戶正在注視的屏幕位置上，其眼控功能可以與鍵盤和鼠標(biāo)聯(lián)動(dòng)以提高使用電腦的速度。
　　目前結(jié)合視頻場景觀測，腦波及眼動(dòng)監(jiān)測的人體研究設(shè)備發(fā)展迅速，相關(guān)研究具有較強(qiáng)的科研價(jià)值。
　　研究的目的與意義
　　項(xiàng)目以人眼的興趣移動(dòng)為研究對象，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件系統(tǒng)同步遠(yuǎn)端攝像頭的移動(dòng)、對焦，經(jīng)過視頻眼鏡顯示遠(yuǎn)端攝像頭采集的圖像。
　　項(xiàng)目控制以眼球興趣移動(dòng)作為控制判決依據(jù)，符合人眼觀察特點(diǎn)，對于基于視覺興趣的環(huán)境信息控制研究具有一定意義，運(yùn)用前景廣泛。設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備兩路眼動(dòng)視頻監(jiān)測及眼球運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測能力，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的遠(yuǎn)端視頻圖像獲取及云臺移動(dòng)、攝像頭對焦同步，具有完整的高速處理系統(tǒng)特點(diǎn)，整體數(shù)據(jù)吞吐能力超過100Mb/S，同步速率達(dá)到10次/S。
　　方案設(shè)計(jì)和實(shí)施計(jì)劃
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　本作品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示：
　　
　　圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖
　　系統(tǒng)按照功能分為4個(gè)模塊：
　　云臺模塊，由云臺、攝像頭和步進(jìn)電機(jī)組成，主要功能是控制云臺攝像頭的水平轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)對焦，并采集圖像；
　　視頻眼鏡模塊，由視頻眼鏡及其控制板，內(nèi)置兩個(gè)微型攝像頭組成，主要功能是用于顯示云臺攝像頭采集的圖像并通過內(nèi)部放置的兩個(gè)微型攝像頭采集人眼圖像；
　　圖像處理及顯示平臺，采用Intel低功耗ATOM系列處理器平臺，安裝Windows XP操作系統(tǒng)，由液晶顯示屏顯示界面，主要功能是顯示工作界面，實(shí)現(xiàn)人眼運(yùn)動(dòng)識別并返回計(jì)算結(jié)果；
　　主控制板，采用FPGA為主處理芯片，帶有高速存儲器和串口、視頻接口、云臺接口等，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制模塊，主要功能是負(fù)責(zé)與云臺、圖像處理平臺和視頻眼鏡之間的數(shù)據(jù)交互，管理整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流；
　　工作流程
　　整個(gè)工作流程如下圖所示：
　　
　　圖2 工作流程
　　通過視頻眼鏡內(nèi)部的兩個(gè)微型攝像頭采集人眼圖像，圖像處理平臺實(shí)現(xiàn)人眼的運(yùn)動(dòng)識別，主控制板根據(jù)圖像處理結(jié)果控制云臺攝像頭的移動(dòng)和自動(dòng)對焦，并將攝像頭采集的圖像在視頻眼鏡中顯示；繼續(xù)對人眼進(jìn)行監(jiān)控判斷，形成不斷循環(huán)的閉環(huán)運(yùn)行流程。
　　研究的主要內(nèi)容
　　模塊組成
　　云臺模塊
　　云臺模塊由云臺、電機(jī)模塊、攝像頭和外接口組成，它的功能是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)攝像頭的水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把攝像頭采集的圖像輸出。
　　云臺采用PTS-3030CQ型號的吊裝云臺（圖4-1-1-1），內(nèi)置兩個(gè)24V交流電機(jī)，水平旋轉(zhuǎn)角度最大為355度，俯仰角度范圍為-5度到50度。由于該云臺需要交流供電，不滿足本項(xiàng)目要求，所以將原有的交流電機(jī)更換成直流步進(jìn)電機(jī)。