CN104657702B - 眼球侦测装置、瞳孔侦测方法与虹膜辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种眼球侦测装置、瞳孔侦测方法与虹膜辨识方法，所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器以及运算单元。光学组件提供多道入射光至眼球并在眼球形成多个亮点，而至少部分亮点位于眼球的瞳孔的附近。影像传感器用于撷取眼球影像，而眼球影像包括这些亮点的影像。运算单元分析眼球的影像的灰度值，并且透过眼球的影像的灰度值获得这些亮点的分布位置，由这些亮点的分布位置据以判断瞳孔的位置。

Description

眼球侦测装置、瞳孔侦测方法与虹膜辨识方法

技术领域

本发明有关于一种眼球侦测装置，且特别是有关于藉由眼球侦测装置的进行眼球追踪的侦测方法与虹膜辨识方法。

背景技术

目前的眼球侦测装置可用以侦测眼球运动方向，或是能进行虹膜边界辨识。大部分的眼球侦测装置利用瞳孔随视线的改变而移动位置的特性，来侦测眼球注视的方向。

一般而言，公知眼球侦测装置大部分是利用入射光投射于眼球上所形成的亮点(glint)来侦测眼球注视的方向，而公知眼球侦测装置通常是将亮点作为眼球的定位的参考点。

详细而言，在撷取眼球的影像之后，公知眼球侦测装置会从眼球的角膜(Cornea)的影像辨识出瞳孔与亮点。在辨识瞳孔的过程中，会扫描整张眼球影像，藉由分析整张眼球影像的灰度值(gray scale value)分布而辨识瞳孔与亮点。之后，眼球侦测装置会进一步地得到瞳孔与亮点之间的相对位置，并据此相对位置来判别眼球所注视的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可较快地辨识出瞳孔的眼球侦测装置。

本发明的又一目的在于提供一种不需透过判断整张第一眼球影像或者第二眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔的位置的侦测瞳孔方法与辨识虹膜方法。

本发明的再一目的在于提供一种加速虹膜影像的边界搜寻速度的虹膜辨识方法。

本发明实施例提供一种眼球侦测装置，其透过眼球上的至少一个亮点的分布位置据以判断瞳孔的位置。

本发明实施例提供一种眼球侦测装置，所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器以及运算单元。光学组件提供多个入射光至眼球并在眼球形成多个亮点，而至少部分亮点位于该眼球的瞳孔的附近。影像传感器，用于撷取该眼球的影像，而眼球的影像包括这些亮点。运算单元分析眼球的影像的灰度值，并且透过眼球的影像的灰度值获得这些亮点的分布位置，由这些亮点的分布位置据以判断瞳孔的位置。

本发明实施例提供一种侦测瞳孔的方法，其透过所形成一或多个亮点的分布位置据以判断瞳孔的位置。

本发明实施例提供一种侦测瞳孔的方法，所述侦测方法包括提供一或多道入射光入射至眼球并在眼球形成一或多个第一亮点，而至少部分第一亮点位于瞳孔的附近。从眼球撷取第一眼球影像，而第一眼球影像包括多个第一亮点以及瞳孔的影像。分析第一眼球影像的灰度值以获得这些第一亮点的分布位置。透过这些第一亮点的分布位置据以判断瞳孔的位置。

本发明实施例提供一种辨识虹膜的方法，其能判断眼球位移时虹膜影像的形变量。

本发明实施例提供一种辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法包括当眼球位于一参考位置时，发出多道多个入射光入射至眼球，以在该眼球的瞳孔的附近形成第一参考点、第二参考点以及第三参考点以作为眼球位于参考位置的标记，其中第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置与这些入射光发射处的位置相对应。当眼球从参考位置活动至一测量位置时，这些入射光于眼球形成第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点，而第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点位于眼球的瞳孔的附近。撷取眼球的眼球影像，眼球影像包括这些亮点以及虹膜影像。分析眼球影像的灰度值以获得第一测量亮点、第二测量亮点以及第三亮测量点的位置。计算第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置相对于第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置所产生的位移量，据以获得眼球位于测量位置时的虹膜影像相对于眼球位于参考位置时的虹膜影像的形变量。

本发明实施例提供一种辨识虹膜的方法，其能判断出虹膜影像的分辨率变化量。

本发明实施例提供一种辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法包括提供多个入射光入射至眼球。设定第一参考点、第二参考点以及第三参考点以作为眼球位于参考位置的标记，其中第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置与这些入射光发射处的位置相对应。这些入射光于眼球形成第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点，而第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点位于眼球的瞳孔的附近，其中第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置与第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置相对应。撷取眼球的眼球影像，眼球影像包括这些亮点以及虹膜影像。分析眼球影像的灰度值以获得第一测量亮点、第二测量亮点以及第三亮测量点的位置。计算第一测量亮点以及第二测量亮点的间距相对于第一参考点以及第二参考点的间距的变化，以及计算该第二测量亮点以及第三测量亮点的间距相对于第二参考点以及第三参考点的间距的变化，据以获得眼球位于参考位置时的虹膜影像所产生的分辨率变化量。

综上所述，本发明实施例提供眼球侦测装置以及眼球(如瞳孔与虹膜)的侦测与辨识方法。所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器以及运算单元。所述眼球追踪的侦测方法藉由运算单元可以判断第一眼球影像中的亮点附近的周边区域的灰度值分布，从而获得瞳孔的位置。因此，运算单元不需透过判断整张第一眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔的位置。相较公知技术，本发明实施例的眼球侦测装置可较快地辨识出瞳孔。

本发明实施例提供眼球侦测装置以及眼球追踪的侦测方法，所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器、运算单元以及控制单元。藉由控制单元于不同的时间点控制不同的入射光入射的位置，从而能调整不同时间点的眼球影像中的亮点位置，进而经由影像相减步骤后能透过灰度值以及特殊图案而更加确认亮点位置，帮助降低寻找错误亮点位置的机率。运算单元可以仅判断差值影像中的亮点的分布位置附近的周边区域的灰度值分布，从而能得以加速获得瞳孔P1的位置。相较公知技术而言，运算单元不需透过判断整张第一眼球影像或者第二眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔的位置。

本发明实施例提供辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法藉由运算单元计算出第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置相对于第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置所产生的位移量，可以据以计算出虹膜影像的椭圆长短轴，从而推估出虹膜影像的椭圆边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

本发明实施例提供辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法藉由运算单元计算出第一变化量、第二变化量以及第三变化量后，推估出虹膜影像的边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

为了能更进一步了解本发明所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、图式，相信本发明的特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1A是本发明第一实施例的眼球侦测装置的侧视示意图。

图1B是本发明第一实施例的眼球侦测装置的前视示意图。

图1C是本发明第一实施例的眼球侦测装置的功能方块图。

图1D是本发明第一实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。

图2A是本发明第二实施例的眼球侦测装置的前视示意图。

图2B是本发明第二实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。

图2C是本发明第二实施例的瞳孔侦测方法的流程示意图。

图3A是本发明第三实施例的眼球侦测装置的功能方块图。

图3B是本发明第三实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。

图4是本发明实施例提供的虹膜辨识方法的流程示意图。

图5是本发明实施例提供的虹膜辨识方法的流程示意图。

附图标记

100、200、300 眼球侦测装置

110、210 光学组件

112、212 光源

114、214 分光组件

120 影像传感器

130、230 运算单元

150 承载框架

152 镜框

154 镜脚

340 控制单元

L1 入射光

M1 检视区域

E1 眼球

G1 亮点

G1a 第一亮点

G1b 第二亮点

P1 瞳孔

I1 虹膜

S101～S104 步骤

S201～S204 步骤

S301～S307 步骤

S401～S405 步骤

S501～S506 步骤

具体实施方式

图1A是本发明第一实施例的眼球侦测装置的侧视示意图，图1B是本发明第一实施例的眼球侦测装置的前视示意图，而图1C是本发明第一实施例的眼球侦测装置的功能方块图。请参阅图1A至图1C，眼球侦测装置100包括光学组件110、影像传感器120以及运算单元130。光学组件110提供至少一个入射光L1以在瞳孔P1的附近形成至少一个亮点G1。影像传感器120用于撷取眼球影像，而眼球影像包括亮点G1的影像。运算单元130分析眼球影像的灰度值，并且依此获得亮点G1的分布位置。此外，运算单元130能由亮点G1的分布位置据以判断瞳孔P1位置。

眼球侦测装置100可以装设于眼镜框架上，也可以装设于行动装置笔记型计算机或者是智能型手机的面板上。于本实施例中，眼球侦测装置100为一眼镜式的眼球侦测装置100，而光学组件110以及影像传感器120皆装设于承载框架150。承载框架150可供使用者配戴，并且使得光学组件110以及影像传感器120皆位于眼球E1前方。不过，在其它实施例中，眼球侦测装置100亦可以装设于行动装置上，例如是笔记型计算机或者是智能型手机的前置镜头或是面板上。不过，本发明并不对此加以限定。

在实务上，承载框架150可以是一镜架，并且包括两个镜框152以及两支分别与镜框152连接的镜脚154。使用者将镜脚154置于耳朵上，而镜框152位于眼球E1前。不过，承载框架150的设计仅供举例说明，本发明并不对承载框架150加以限定。

光学组件110能发射至少一入射光L1至眼球E1。这些入射光L1落在眼球E1上，并且能在虹膜I1上反射以形成至少一亮点G1，其中亮点G1位于瞳孔P1的附近。在本实施例中，入射一道入射光L1至眼球E1，从而亮点G1的数量为一个。值得注意的是，入射光L1为不可见光(invisible light)，例如是红外光(infrared light，IR)或是近红外光(near infraredlight，NIR)，而虹膜I1结构外层覆盖着角膜(Cornea)为一光滑曲面，因此每一方向入射光皆能在角膜上面与影像传感器的光路径上形成一反射亮点，因此L1入射光则可形成一个以上亮点G1。

具体而言，光学组件110可以包括至少一光源112以及至少一分光组件114，而光学组件110藉由光源112以及分光组件114来提供至少一个入射光L1。在实务上，光源112可以是发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，而分光组件114可具有导光的功能，并具有多个光学微结构，其中光学微结构可为印刷图案、沟槽或凸肋，而沟槽例如是V型沟(V-cut)。当光源112所提供的光线入射至分光组件114时，而光线可被这些光学微结构反射、折射或散射，从而能从分光组件114的出光处出射。

影像传感器120用于撷取眼球影像。值得说明的是，影像传感器120所感测的波长范围涵盖入射光L1的波长范围。所撷取的眼球影像能显示出使用者的眼部，例如是眼白(未标示)、虹膜I1以及瞳孔P1等。此外，所撷取的眼球影像中还包括所述亮点G1。具体而言，影像传感器120透过感光组件感应入射光L1，而感光组件可以是互补式金属氧化物半导体感测组件(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Sensor，CMOS sensor)或电荷耦合组件(Charge-Coupled Device，CCD)。

运算单元130可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或者是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。运算单元130分析影像传感器120所撷取的眼球影像的灰度值分布，并且透过眼球影像的灰度值分布而获得亮点G1的分布位置，从而得以根据亮点G1的分布位置而判断瞳孔P1的位置。

图1D是本发明第一实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。请参阅图1B、图1C以及图1D。

执行步骤S101，使用者使用眼球侦测装置100时，例如是使用者配戴配置有眼球侦测装置100的承载框架150时，令光学组件110提供一道入射光L1至眼球E1。入射光L1落在眼球E1上，并且能在位于瞳孔P1的附近，例如附近的虹膜I1区域，反射以形成一个亮点G1。

值得注意的是，光源112的摆设位置或是光源112以及分光组件114的配置可以调整入射光L1入射于瞳孔P1附近的虹膜I1区域。也就是说，亮点G1的位置会随着入射光L1发射处的位置的改变而改变，亦即亮点G1的位置对应于入射光L1发射处的位置。

接着，执行步骤S102，透过影像传感器120拍摄眼球E1以撷取第一眼球影像。影像传感器120所拍摄的第一眼球影像会显示出使用者的眼部的影像以及所述亮点G1的影像。而后，影像传感器120将所拍摄的第一眼球影像的数据传输至运算单元130。

接着，执行步骤S103，运算单元130分析第一眼球影像的灰度值，以获得亮点G1的分布位置。以8位256色灰度值为例，灰度值由纯黑至灰最后到纯白的变化被量化为256个颜色，而灰度值的范围为0至255。值得说明的是，亮点G1的灰度值大多接近或等于255，而瞳孔P1的灰度值相对于亮点G1的灰度值则较接近0。运算单元130透过第一眼球影像的灰度值分布，可以得知在所有像素中灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围大小后，且进一步推测出对应第一眼球影像中的亮点G1位置的像素所分布的位置。

而后，执行步骤S104，运算单元130透过亮点G1的分布位置据以判断瞳孔P1的位置。详细而言，运算单元130先选取适当的临界灰度值(threshold gray scale value)，而第一眼球影像中的瞳孔P1的灰度值小于所述临界灰度值，而第一眼球影像中的多个亮点G1的灰度值大于所述临界灰度值。

在确认亮点G1的分布位置之后，运算单元130扫描亮点G1分布位置的附近的检视区域M1(如图1B所示)内的灰度值分布，并且判断在检视区域M1内第一眼球影像的灰度值所小于临界灰度值的部份。其中，检视区域M1可由亮点G1的位置来定义例如是，检视区域M1可以设定是稍微大于并且涵盖亮点G1与瞳孔的分布位置的区域。值得说明的是，亮点G1可位于检视区域M1的边界或检视区域M1里面。使用者可以依照所欲搜寻瞳孔P1位置范围大小而透过运算单元130设定检视区域M1的范围。本发明并不对检视区域M1的范围大小加以限定。

当运算单元130判断出在检视区域M1有一特定区域的灰度值小于临界灰度值之后，进一步判断所述特定区域的形状是否符合瞳孔P1的形状以降低误判瞳孔P1位置的机率。举例而言，运算单元130所判断出符合小于临界灰度值的特定区域有矩形以及圆形，则可判断圆形的特定区域较矩形的特定区域更符合瞳孔P1的形状，也就是趋近于圆形。另外，为了更加降低误判瞳孔P1位置的机率，可以先建立第一眼球影像中的瞳孔P1影像的面积值范围，而运算单元130可以判断特定区域的比例大小是否落入于所述瞳孔P1影像的面积值范围之内，以更进一步地降低误判瞳孔P1位置的机率。

值得说明的是，透过上述瞳孔侦测方法，运算单元130可以仅分析第一眼球影像中的亮点G1附近的检视区域M1的灰度值分布，以缩小寻找瞳孔P1的范围，从而能得以加速获得瞳孔P1的位置。相较习知技术而言，运算单元130不需分析整张第一眼球影像的灰度值分布来寻找瞳孔P1的位置。

图2A是本发明第二实施例的眼球侦测装置的侧视示意图，图2B是本发明第二实施例的眼球侦测装置的功能方块图。请参阅图2A以及图2B，第二实施例的眼球侦测装置200与第一实施例的眼球侦测装置100二者结构相似，例如眼球侦测装置100与200同样都包括光学组件110以及影像传感器120。不过，眼球侦测装置100与200间仍存有差异。以下就针对眼球侦测装置200与眼球侦测装置100之间的差异来进行详细说明，而相同特征则不再赘述。

第二实施例的眼球侦测装置200包括光学组件210、影像传感器120以及运算单元130。光学组件110提供多个入射光L1以在瞳孔P1的附近形成多个亮点G1。影像传感器120用于撷取眼球影像，而眼球影像包括这些亮点G1的影像。运算单元130分析眼球影像的灰度值，并且依此获得这些亮点G1的分布位置。此外，运算单元130能由这些亮点G1的分布位置据以判断瞳孔I1位置。

光学组件210能发射多道入射光L1至眼球E1。这些入射光L1落在眼球E1上，并且能在虹膜I1上反射以形成多个亮点G1，其中至少部分的亮点G1位于瞳孔P1的附近。

本实施例可以仅使用一个或是数量较少的光源212与分光组件214来将光线分成多条入射光L1。或者是，光学组件210亦可以包括多个光源212而不包括任何分光组件214，而光学组件210藉由这些光源212以提供多道入射光L1。因此，本发明并不限定光源212数量以及分光组件214的结构加以限定。

图2C是本发明第一实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。请参阅图2A、图2B以及图2C。

执行步骤S201，使用者使用眼球侦测装置200时，令光学组件210提供多道入射光L1至眼球E1，并且能在位于瞳孔P1附近的虹膜I1区域反射以形成多个亮点G1。

值得注意的是，亮点G1的位置会随着入射光L1发射处的位置的改变而改变。举例而言，假设提供四个入射光L1发射处的位置，而且此四个入射光L1发射处的位置约为矩形排列而且长宽比约为2比1，则于瞳孔P1附近的虹膜I1区域将出现四个亮点G1，且亮点G1的排列原则上亦为矩形排列而且长宽比为2比1。

接着，执行步骤S202，透过影像传感器120从眼球E1撷取第一眼球影像。影像传感器120所拍摄的第一眼球影像会显示出使用者的眼部的影像以及所述亮点G1的影像。而后，影像传感器120将所拍摄的第一眼球影像的数据传输至运算单元130。

接着，执行步骤S203，运算单元130透过第一眼球影像的灰度值分布，可以得知在所有像素中灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围大小后，且进一步推测出对应第一眼球影像中的亮点G1位置的像素所分布的位置。

而后，执行步骤S204，运算单元130透过这些亮点G1的分布位置据以判断瞳孔P1的位置。详细而言，运算单元130先选取适当的临界灰度值，而第一眼球影像中的多个亮点G1的灰度值大于所述临界灰度值。在确认亮点G1的分布位置之后，运算单元130扫描这些亮点G1分布位置的附近的检视区域M1(如图2A所示)内的灰度值分布，并且判断在检视区域M1内第一眼球影像的灰度值所小于临界灰度值的部份。

值得说明的是，检视区域M1可由这些亮点G1的位置来定义。例如是，检视区域M1可以是稍微大于并且涵盖这些亮点G1与瞳孔的分布位置的区域，也可以是由这些亮点G1所围绕而成。

同样地，为了降低误判瞳孔P1位置的机率，在运算单元130判断出在检视区域M1有内的一小于临界灰度值的特定区域后，判断所述特定区域的形状是否符合瞳孔P1的形状以及判断特定区域的比例大小是否落入于所述瞳孔P1影像的面积值范围之内。

值得说明的是，透过上述瞳孔侦测方法，运算单元130可以仅透过多个亮点G1定义出检视区域M1的范围或是形状，以缩小寻找瞳孔P1的范围，从而能得以加速获得瞳孔P1的位置。

图3A为本发明第三实施例的眼球侦测装置的功能方块图。请参阅图3A，第三实施例的眼球侦测装置300与第二实施例的眼球侦测装置200二者结构相似，例如眼球侦测装置300与200同样都包括光学组件210以及影像传感器120。不过，眼球侦测装置300与200间仍存有差异。以下就针对眼球侦测装置300与眼球侦测装置200之间的差异来进行详细说明，而相同特征则不再赘述。

第三实施例的眼球侦测装置300包括光学组件210、影像传感器120、运算单元230以及控制单元340。光学组件210提供多个入射光L1以在瞳孔P1的附近形成多个亮点G1。控制单元340能控制入射光入射至眼球E1的时间点，即控制单元340能控制光学组件110于不同的时间点分别提供入射光L1至眼球E1。影像传感器120用于撷取不同时间点的眼球影像，而眼球影像分别包括这些亮点G1a或G1b，即分别于不同时间点所撷取的眼球影像之中皆显示出亮点G1a或G1b。运算单元230分析于不同时间点的眼球影像的灰度值，并且依此获得这些亮点G1的分布位置，并且由亮点G1a以及G1b的分布位置据以判断瞳孔I1位置。

具体而言，控制单元340用于控制光学组件210提供入射光L1入射至眼球E1的时间点，也就是说，控制单元340控制光学组件210于不同的时间点分别提供入射光L1。影像传感器120用于撷取于不同时间点的眼球影像，而这些于不同时间点所撷取的眼球影像皆显示出亮点G1a或G1b。运算单元230除了判断以及分析这些于不同的时间点下眼球影像的灰度值之外，运算单元230更可以传递指令至控制单元340，从而使控制单元340控制光学组件210提供入射光L1的时间点。

图3B是本发明第二实施例提供的瞳孔侦测方法的流程示意图。请参阅图3A和图3B。

执行步骤S301，控制单元340控制光学组件210于第一时间点提供多道入射光L1。这些入射光L入射至瞳孔P1附近的虹膜I1区域反射以形成多个第一亮点G1a，而且第一亮点G1a的位置对应于入射光L1发射处的位置。值得说明的是，本实施例可采用包括多个光源112而不包括任何分光组件114的光学组件210。

接着，执行步骤S302，透过影像传感器120撷取于第一时间点的第一眼球影像。影像传感器120所拍摄的第一眼球影像是在第一时间点时所拍摄的，并且显示出使用者的眼部的影像以及第一亮点G1a的影像。而影像传感器120将所拍摄的第一眼球影像的数据传输至运算单元230。

接着，执行步骤S303，控制单元340控制光学组件210于第二时间点提供多道入射光L1入射至瞳孔P1附近的虹膜I1区域。入射光L1反射以再度形成多个第二亮点G1b，而且第二亮点G1b的位置对应于入射光L1发射处的位置。值得注意的是，所述第二时间点不同于第一时间点，而于第二时间点所形成的第二亮点G1b的位置与于第一时间点所形成的第一亮点G1a的位置不同。详细来说，在第一时间点时，仅部分的光源112发出入射光L1，而在第二时间点时，仅另一部分的光源112发出入射光L1。

举例而言，光源212的数量可为四个，而且此四个光源212的位置可呈现矩形排列，其中矩形的长宽比为2比1。控制单元340可以控制四个光源212在第一时间点时先仅提供其中位于对角的两个光源212，而控制单元340在第二时间点时在控制位于另外对角的两个光源212。不过，值得说明的是，本发明并不对于不同时间点下所提供入射光L1的光源212的位置以及数量加以限制，也不限制这些光源212随不同时间点的发光顺序。

接着，执行步骤S304，透过影像传感器120撷取于第二时间点的第二眼球影像。影像传感器120所拍摄的第二眼球影像中显示出使用者的眼部的影像以及第二亮点G1b的影像。而影像传感器120将所拍摄的第二眼球影像的数据传输至运算单元230。

值得说明的是，所述第一时间点即为使用者开始使用眼球侦测装置300的某一时间点，而第二时间点即有别于第一时间点的另一时间点。第一眼球影像则为影像传感器120在第一时间点时所拍摄的眼球影像，而第二眼球影像则为影像传感器120在第二时间点时所拍摄的眼球影像。

接着，执行步骤S305，分析第一眼球影像以及第二眼球影像的灰度值以获得第一亮点G1a以及第二亮点G1b的分布位置。详细而言，运算单元230分别分析第一眼球影像以及第二眼球影像的灰度值分布，可以得知在第一眼球影像以及第二眼球影像之中所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围。依此，透过分析比对所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围，而进一步推测出第一眼球影像以及第二眼球影像中的所有第一亮点G1a以及第二亮点G1b位置。

接着，执行步骤S306，对第一眼球影像以及第二眼球影像执行影像相减(ImageSubtraction)。值得注意的是，在本实施例中，光源212的数量为四个，在第一眼球影像中，第一亮点G1a仅由其中位于对角的两个光源212所提供。而在第二眼球影像中，第二亮点G1b由另外对角的两个光源212所提供。将第一眼球影像以及第二眼球影像相对应像素的灰度值相减，将会得到的此两幅影像的差值影像，例如差值影像的差异灰度值将介于-255至255之间。

值得说明的是，由于第一眼球影像中的第一亮点G1a影像位置以及第二眼球影像中的第二亮点G1b影像位置并不重迭，依此，在第一眼球影像与第二眼球影像执行影像相减之后所产生的差值影像之中，对应第一亮点G1a影像位置以及第二亮点G1b影像位置的灰度值为极值。举例而言，依此，在所述差值影像之中，对应第一眼球影像中的第一亮点G1a位置的灰度值最高，而对应第二眼球影像中的第二亮点G1b位置的灰度值(例如是负灰度值)最低。

依此，在所述差值影像之中，对应于两个第一亮点G1a以及两个第二亮点G1b位置的灰度值呈现出一特殊图案。而此特殊图案由两个最亮点以及两个最暗点所定义。不过，在其它实施例中，可以是以第二眼球影像减去第一眼球影像，从而在其差值影像之中，对应第二眼球影像中的亮点G1位置的灰度值最高，而对应第一眼球影像中的亮点G1位置的灰度值最低。本发明并不对此加以限制。

进一步来说，当运算单元230在判断第一亮点G1a以及第二亮点G1b的位置时，根据差值影像分析所有灰度值接近最大值(255)与最小值(-255)的像素所分布的位置、形状以及范围而推测出差值影像中第一亮点G1a与第二亮点G1b的位置。而后，运算单元230判断所推测出的第一亮点G1a或者第二亮点G1b的位置排列是否对应于上述特殊图案，进而更进一步确认差值影像中的第一亮点G1a以及第二亮点G1b的位置。

据此，藉由控制单元340于不同的时间点控制不同的入射光L1入射的位置，从而能改变不同时间点的眼球影像中的第一亮点G1a以及第二亮点G1b位置，并经由影像相减步骤后能透过灰度值以及所述特殊图案而更加确认第一亮点G1a以及第二亮点G1b位置，帮助降低寻找错误亮点G1位置的机率。

接着，执行步骤S207，运算单元230透过第一亮点G1a以及第二亮点G1b的分布位置据以判断瞳孔P1的位置。详细而言，运算单元230先选取适当临界灰度值，而原始第一影像中的瞳孔P1的灰度值小于所述临界灰度值，而差值影像中的多个第一亮点G1a或者第二亮点G1b的灰度值的绝对值大于所述临界灰度值。利用临界灰度值，运算单元230能确认这些第一亮点G1a或者第二亮点G1b的分布位置。在确认第一亮点G1a或者第二亮点G1b的分布位置之后，运算单元230扫描第一亮点G1a或者第二亮点G1b1的分布位置的附近检视区域M1内的灰度值分布，并且判断在检视区域M1内原始第一影像的灰度值所小于临界灰度值的部份。

举例而言，在所述差值影像之中，对应第一亮点G1a影像位置以及第二亮点G1b影像位置的灰度值为极值，对应第一眼球影像中的第一亮点G1a位置的灰度值最高，而对应第二眼球影像中的第二亮点G1b位置的灰度值最低。依此，运算单元230透过所述临界灰度值确认第一亮点G1a的位置，从而运算单元230扫描第一亮点G1a的附近检视区域M1内的灰度值分布据以判断瞳孔P1的位置。

值得说明的是，检视区域M1可由这些第一亮点G1a和/或第二亮点G1b来定义。检视区域M1可以是稍微大于并且涵盖第一亮点G1a或者第二亮点G1b的分布位置所围绕的区域。或者是，检视区域M1也可以是由第一亮点G1a或者第二亮点G1b所围绕而成。使用者可以依照所要搜寻瞳孔P1位置范围大小而透过运算单元230设定检视区域M1的范围。本发明并不对检视区域M1的范围大小加以限定。

当运算单元230判断出在检视区域M1有一特定区域的灰度值小于临界灰度值之后，即判断所述特定区域的形状以及比例大小是否接近于差异影像中的瞳孔P1影像以降低误判瞳孔P1位置的机率。

基于上述，透过本发明的瞳孔侦测方法，运算单元230可以仅判断差值影像中的第一亮点G1a或者第二亮点G1b的分布位置附近的检视区域M1的灰度值分布，从而能得以加速获得瞳孔P1的位置。相较公知技术而言，运算单元230不需透过判断整张第一眼球影像或者第二眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔P1的位置。

图4是本发明实施例提供的虹膜辨识的方法的流程示意图，而本实施例的虹膜辨识的方法可以采用图2A的眼球侦测装置。请参阅图4以及配合参阅图2A。

进行步骤S401，当眼球E1位于一参考位置时，发出多道入射光L1至眼球E1上，以在眼球E1的瞳孔P1的附近形成多个亮点G1，其中这些亮点G1的分布位置分别作为第一参考点、第二参考点与第三参考点。

具体而言，多道入射光L1可以藉由光源212以及分光组件214来提供，从而多道入射光L1发射处即为分光组件214的多个出光处。或者是，多道入射光L1亦可以藉由至少三个光源212而不包括任何分光组件214来提供，从而多道入射光L1发射处为这些光源212的放置处。光源212的摆设位置或是光源212以及分光组件214的配置可以调整入射光L1入射于瞳孔P1附近的虹膜I1区域。

第一参考点、第二参考点以及第三参考点用以作为眼球E1位于参考位置的标记，而此参考位置用以提供后续虹膜辨识步骤中的一组参考基准的位置。在本实施例中，在眼球E1正视前方的状态下，使用者预设对应于这些入射光L1发射处的多个亮点G1位置作为第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置。详细而言，第一参考点与第二参考点之间形成第一参考轴，第二参考点与第三参考点之间形成第二参考轴，而第一参考轴与第二参考轴之间具有参考夹角。此外，为了更加明确清楚标记出参考位置，本发明可以更包括设定第四参考点或是更多其它参考点。也就是说，本发明并不对参考点的数量加以限定。

在本实施例中，提供三个入射光L1发射处的位置，而且此三个入射光L1发射处的位置呈现一直角三角形排列，而且此直角三角形的两股长度比为2比1。瞳孔P1附近的虹膜I1区域将出现三个亮点G1，且这些亮点G1的排列原则上与入射光L1发射处的位置排列相同。也就是说，原则上，第一参考轴的长度与第二参考轴的长度之间的比值约为2比1，参考夹角为90度。

接着，进行步骤S402，当眼球E1从所述参考位置活动至一测量位置时，这些入射光L1于眼球E1形成第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点，而第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点位于眼球E1的瞳孔P1的附近。第一测量亮点与第二测量亮点之间形成第一轴，第二测量亮点与第三测量亮点之间形成第二轴，而第一轴与第二轴之间具有夹角。

具体来说，当眼球E1相对于参考位置而转动时，由于眼球E1形状大致上为立体球状，而虹膜I1会凸出球面，所以入射光L1入射于虹膜I1所形成的多个亮点G1位置将会改变，而所改变位置的亮点G1即为所述第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点。也就是说，当眼球E1视线偏离正视前方的状态时，亮点G1位置将会由第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置偏离至第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置。

接着，进行步骤S403，透过影像传感器120撷取眼球影像。影像传感器120所拍摄的眼球影像中显示出使用者的眼部的影像、所述第一测量亮点、第二测量亮点、第三测量亮点以及虹膜I1的影像。而后，影像传感器120将所拍摄的眼球影像的数据传输至运算单元130或230。

之后，进行步骤S404，分析眼球影像的灰度值以获得第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置。详细而言，运算单元130或230分析眼球影像的灰度值分布，可以得知在眼球影像之中所有灰度值接近最大值(例如255的灰度值)的像素所分布的位置、形状以及范围。依此，运算单元130或230透过分析比对所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围，进一步推测出眼球影像中的所有第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置。

接着，进行步骤S405，计算第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置相对于第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置所产生的位移量，据以获得眼球E1位于测量位置时的虹膜I1影像相对于眼球E1位于参考位置时的虹膜I1影像的形变量。详细而言，透过运算单元130或者230计算出第一轴相对于第一参考轴的长度的变化量以及角度的变化量以获得第一变化量、第二轴相对于第二参考轴的长度的变化量以及角度的变化量以获得第二变化量、夹角相对于参考夹角的变化量以获得第三变化量。据此，运算单元130或者230根据第一变化量、第二变化量以及第三变化量计算出虹膜影像的形变量，进阶的，所述形变量比例可单纯根据第一与第二轴的相对比例与原始参考第一二轴的比例变化估测，另外可根据第一轴或第二轴长度估测传感器至眼球距离，进而估测虹膜影像大小，加速搜寻。

值得说明的是，当眼球E1正视前方且位于参考位置时，影像传感器120所拍摄的虹膜影像将较形似圆状。当测量位置与参考位置相同时，亦即眼球E1视线保持正视前方的状态时，影像传感器120所拍摄的虹膜影像将保持不变而形似圆状。当测量位置与参考位置不同时，亦即眼球E1视线偏离正视前方的状态时，影像传感器120所拍摄的虹膜影像将较为形似椭圆状。

运算单元130或者230计算出第一变化量、第二变化量以及第三变化量后，可以据以计算出虹膜影像的椭圆长短轴，从而推估出虹膜影像的椭圆边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

图5是本发明实施例提供的辨识虹膜的方法的流程示意图。请参阅图5以及配合参阅图2A，其中图5实施例的辨识虹膜方法与图4实施例的辨识虹膜方法二者相似，而以下会针对这两种辨识虹膜的方法之间的差异来进行详细说明。

在本实施例的辨识虹膜的方法中，首先，进行步骤S501，提供多个入射光L1入射至眼球E1，以在眼球E1上形成多个亮点G1。多道入射光L1可以藉由光源112以及分光组件114来提供，而多道入射光L1发射处即为光线由分光组件114的多个出光处的位置。或者是，多道入射光L1亦可以藉由至少三个光源212而不包括任何分光组件214来提供，从而多道入射光L1发射处为这些光源212的放置处。此外，光源212的摆设位置或是光源212以及分光组件214的配置可以调整入射光L1入射于瞳孔P1附近的虹膜I1区域。

进行步骤S502，设定第一参考点、第二参考点以及第三参考点以作为眼球E1位于参考位置的标记。在本实施例中，参考位置是眼球E1正视前方的位置。在眼球E1正视前方的状态下，使用者预设对应于这些入射光L1发射处的多个亮点G1位置作为第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置。不过，值得说明的是参考位置并不需仅限定为眼球E1正视前方的位置，参考位置亦可以是位于眼球E1视线偏离正前方的位置。

详细而言，第一参考点与第二参考点之间形成第一参考轴，第二参考点与第三参考点之间形成第二参考轴，而第一参考轴与第二参考轴之间具有参考夹角。此外，为了更加明确清楚标记出参考位置，本发明可以更包括设定第四参考点或是更多其它参考点。也就是说，本发明并不对参考点的数量加以限定。

在本实施例中，提供三个入射光L1发射处的位置，而且此三个入射光L1发射处的位置呈现一直角三角形排列，而且此直角三角形的两股长度比为2比1。瞳孔P1附近的虹膜I1区域将出现三个亮点G1，且这些亮点G1的排列原则上与入射光L1发射处的位置排列相同。也就是说，原则上，第一参考轴的长度与第二参考轴的长度之间的比值为2比1，参考夹角为90度。值得注意的是，使用者预设对应于这些入射光L1发射处的多个亮点G1位置作为第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置。

进行步骤S503，当眼球E1位于测量位置时，这些入射光L1于眼球E1形成第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点。第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置位于眼球E1的瞳孔P1的附近，并且与第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置相对应。第一测量亮点与第二测量亮点之间形成第一轴，第二测量亮点与第三测量亮点之间形成第二轴，而第一轴与第二轴之间具有夹角。

具体来说，不同的使用者配戴眼球追踪装置200或300时，光学组件210容易因为使用者的脸型不同或是鼻梁高度不同而与眼球E1距离不同，所以入射光L1入射眼球E1所形成的多个亮点G1位置将会改变，而所改变的亮点G1位置即为所述第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点。也就是说，在眼球E1视线保持不变的状态时，亮点G1位置将会由第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置等比例缩放至第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置，而且夹角与参考夹角的角度相同。

在本实施例中，第一轴的长度与第二轴的长度之间的比值为2比1，据此，第一参考轴的长度与第二参考轴的长度之间的比值亦为2比1。参考夹角为90度，据此，夹角亦为90度。

进行步骤S504，透过影像传感器120撷取眼球E1影像。影像传感器120所拍摄的眼球影像中显示出眼部的影像、所述第一测量亮点、第二测量亮点、第三测量亮点以及虹膜I1的影像。而后，影像传感器120将所拍摄的眼球影像的数据传输至运算单元130或230。

进行步骤S505，分析眼球影像的灰度值以获得第一测量亮点、第二测量亮点以及第三亮测量点的位置。详细而言，运算单元130或230分析眼球影像的灰度值分布，可以得知在眼球影像之中所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围。依此，透过分析比对所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围，而推测出眼球影像中的所有第一测量亮点、第二测量亮点以及第三亮测量点的位置。值得说明的是，由于亮点G1的位置对应于入射光L1发射处的位置，因此可以由所有灰度值接近最大值的像素所分布的位置、形状以及范围而推测出第一眼球影像中的亮点G1位置。

进行步骤S506，计算第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置相对于第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置所产生的位移量，据以获得眼球E1位于参考位置时的虹膜I1影像所产生的分辨率变化量。详细而言，运算单元130或者230由影像传感器120撷取眼球影像中，计算出第一轴相对于第一参考轴的变化量以获得第一变化量、第二轴相对于第二参考轴的变化量以获得第二变化量。据此，运算单元130或者230根据第一变化量以及第二变化量计算出虹膜影像的分辨率变化量。

举例而言，若第一参考轴具有20像素值(pixels)，第二参考轴具有10像素值，而第一参考轴的像素值与第二参考轴的像素值之间的比值为2比1。而，运算单元130或者230计算出第一参考轴具有10像素值，第二参考轴具有5像素值。则，运算单元130或者230即可计算出第一变化量以及第二变化量分别为第一参考轴以及第二参考轴的像素值等比例缩小2倍。据此，得以推估出虹膜影像的边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

综上所述，本发明实施例提供眼球侦测装置以及眼球追踪的侦测方法。所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器以及运算单元。所述眼球追踪的侦测方法藉由运算单元可以仅判断第一眼球影像中的亮点附近的检视区域的灰度值分布，从而能得以加速获得瞳孔的位置。相较公知技术而言，运算单元不需透过判断整张第一眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔的位置。

本发明实施例提供眼球侦测装置以及眼球追踪的侦测方法，所述眼球侦测装置包括光学组件、影像传感器、运算单元以及控制单元。藉由控制单元于不同的时间点控制不同的入射光入射的位置，从而能调整不同时间点的眼球影像中的亮点位置，进而经由影像相减步骤后能透过灰度值以及特殊图案而更加确认亮点位置，帮助降低寻找错误亮点位置的机率。运算单元可以仅判断差值影像中的亮点的分布位置附近的检视区域的灰度值分布，从而能得以加速获得瞳孔的位置。相较公知技术而言，运算单元不需透过判断整张第一眼球影像或者第二眼球影像的灰度值分布以获得瞳孔的位置。

本发明实施例提供辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法藉由运算单元计算出第一测量亮点、第二测量亮点以及第三测量亮点的位置相对于第一参考点、第二参考点以及第三参考点的位置所产生的位移量，可以据以计算出虹膜影像的椭圆长短轴，从而推估出虹膜影像的椭圆边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

本发明实施例提供辨识虹膜的方法，所述辨识虹膜的方法藉由运算单元计算出第一变化量、第二变化量以及第三变化量后，推估出虹膜影像的边界，进而加速虹膜影像的边界搜寻速度。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种辨识虹膜的方法，其特征在于该辨识虹膜的方法包括：

当一眼球位于一参考位置时，发出多道入射光至该眼球上，以在该眼球的瞳孔的附近形成一第一参考点、一第二参考点与一第三参考点以作为该眼球位于参考位置的标记，其中该第一参考点、该第二参考点以及该第三参考点的位置与所述多道入射光发射处的位置相对应；

当该眼球从该参考位置活动至一测量位置时，所述多道入射光于该瞳孔的附近形成一第一测量亮点、一第二测量亮点以及一第三测量亮点；

撷取该眼球的一眼球影像，该眼球影像包括该第一测量亮点、该第二测量亮点与该第三测量亮点的影像以及一虹膜影像；

分析该眼球影像的灰度值以获得该第一测量亮点、该第二测量亮点以及该第三测量亮点的位置；

计算该第一测量亮点、该第二测量亮点以及该第三测量亮点的位置相对于一第一参考点、一第二参考点以及一第三参考点的位置所产生的位移量，据以获得该眼球位于该测量位置时的该虹膜影像相对于该眼球位于该参考位置时的该虹膜影像的一形变量，其中，计算该位移量以及该形变量的步骤包括：

连接该第一参考点与该第二参考点形成一第一参考轴，以及连接该第二参考点与该第三参考点形成一第二参考轴，而该第一参考轴与该第二参考轴之间具有一参考夹角；

连接该第一测量亮点与该第二测量亮点形成一第一轴，以及连接该第二测量亮点与该第三测量亮点形成一第二轴，而该第一轴与该第二轴之间具有一夹角；

计算出该第一轴相对于该第一参考轴的长度的变化量以及角度的变化量以获得一第一变化量；

计算该第二轴相对于该第二参考轴的长度的变化量以及角度的变化量以获得一第二变化量；

计算该夹角相对于该参考夹角的变化量以获得一第三变化量；以及

根据该第一变化量、该第二变化量以及该第三变化量计算出该形变量。

2.如权利要求1所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：所述多道入射光是藉由一光源以及至少一分光组件所提供，该光源提供一光线，而该光线透过该分光组件以形成所述多道入射光。

3.如权利要求2所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：所述多道入射光发射处为该光线由该分光组件的多个出光处的位置。

4.如权利要求1所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：所述多道入射光是藉由至少三光源所提供，所述多道入射光发射处为所述至少三光源的放置处。

5.如权利要求1所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：该参考位置对应于该眼球正视前方的视线位置。

6.一种辨识虹膜的方法，其中一眼球位于一参考位置时，其特征在于该辨识虹膜的方法包括：

提供多个入射光入射至该眼球；

设定一第一参考点、一第二参考点以及一第三参考点以作为眼球位于参考位置的标记，其中该第一参考点、该第二参考点以及该第三参考点的位置与所述多个入射光发射处的位置相对应；

所述多个入射光于该眼球形成一第一测量亮点、一第二测量亮点以及一第三测量亮点，而该第一测量亮点、该第二测量亮点以及该第三测量亮点位于该眼球的一瞳孔附近的区域，其中该第一测量亮点、该第二测量亮点以及该第三测量亮点的位置与该第一参考点、该第二参考点以及该第三参考点的位置相对应；

撷取该眼球的一眼球影像，该眼球影像包括所述亮点以及该虹膜影像；

分析该眼球影像的灰度值以获得该第一测量亮点、该第二测量亮点以及该第三测量亮点的位置；以及

计算该第一测量亮点以及该第二测量亮点的间距相对于该第一参考点以及该第二参考点的间距的变化，以及计算该第二测量亮点以及该第三测量亮点的间距相对于该第二参考点以及该第三参考点的间距的变化，据以获得该眼球位于该参考位置时的该虹膜影像所产生的一分辨率变化量。

7.如权利要求6所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：连接该第一参考点与该第二参考点形成一第一参考轴，以及连接该第二参考点与该第三参考点形成一第二参考轴。

8.如权利要求7所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：连接该第一测量亮点与该第二测量亮点形成一第一轴，以及连接该第二测量亮点与该第三测量亮点形成一第二轴。

9.如权利要求8所述的辨识虹膜的方法，其特征在于：获得该虹膜影像的该分辨率变化量的步骤包括：

计算该第一轴相对于该第一参考轴的变化量以获得一第一变化量；

计算该第二轴相对于该第二参考轴的变化量以获得一第二变化量；以及

根据该第一变化量以及该第二变化量计算出该分辨率变化量。