基于眼動生理特征的視覺隨動系統(tǒng)

1. FPGA程序設計

程序分為串口接收與云臺控制部分和視頻處理部分。兩部分程序并行運行，相互保持獨立。

2.2.1

串口接收與云臺控制部分

通用板處理后結果用串口發(fā)送到串口接收與云臺控制模塊，此處對命令進行譯碼，分別進行云臺電機的運動控制和攝像頭的拉遠拉近以及聚焦的控制。

2.2.2

視頻處理部分

先配置編碼芯片和解碼芯片，對視頻輸入信號進行行，列，場的分辨。視頻處理主要包括字符疊加，顏色的改變，二值處理等等，處理完的視頻信號疊加上行場信號進行輸出。

2.3硬件電路設計

主芯片采用BGA封裝，其他芯片為SMA表貼封裝，電路板為八層，信號線寬為5mil，電源線寬30mil，板厚2mm, 為了保證信號完整性，其中4層為信號走線層，兩層地層，兩層電源層，信號層之間用地層或電源層隔開，相鄰信號層走線盡量保持垂直。

• 設計性能指標

1. 雙路人眼圖像的分辨率為320x240，平均處理速度為10幀/秒；
2. 視頻眼鏡雙路VGA視頻顯示，分辨率為640x480，幀頻為25幀/秒；
3. 水平方向視場范圍為0到355度，豎直方向視場范圍為-5到50度，水平轉動和俯仰運動的最小角度是0.9度；
4. 水平方向視場最大轉速約為20度/s,垂直方向視場最大轉速約為10度/s；；

• 創(chuàng)新點和結論

1. 將遠端攝像頭與人眼的觀察動作同步，實現(xiàn)觀察范圍和對象的自動調整，整個控制過程符合人體用眼習慣，方便快捷;
2. 將專用系統(tǒng)平臺（硬件和軟件自行設計）和通用系統(tǒng)平臺（軟件設計）高效聯(lián)合使用；
3. 模塊化設計，方便二次開發(fā)，可作為高校學習和實驗的平臺。

• 成果的應用前景

1. 醫(yī)療電子領域

在現(xiàn)場手術和遠程醫(yī)療中，利用高性能攝像頭可以輔助醫(yī)生準確精細進行手術，同時操作更加方便、人性化；

2. 車輛駕駛

駕駛者可利用該系統(tǒng)通過人眼的移動控制車輛的行駛方向，為殘疾人群駕駛車輛提供可能；

3. 探測和監(jiān)控

將該系統(tǒng)組裝在機器人上，用于在極端環(huán)境或者對人體有害的環(huán)境等條件下遠程控制機器人探測目標；

4. 消費電子領域

基于視覺信息的人機交互可應用于3D游戲和家庭影院；

5. 軍事領域

可應用于頭盔顯示器，在車輛、飛機駕駛員以及單兵作戰(zhàn)時的命令傳達、戰(zhàn)場觀察、地形查看、夜視系統(tǒng)顯示、車輛和飛機的炮瞄系統(tǒng)等；

6. 心理學科學研究

通過設置特定視頻場景并實時獲得眼球動作,一定程度上可獲得測試者心理表現(xiàn)的信息，相應的技術結合腦電及心電的監(jiān)測可以促進對人體系統(tǒng)信息反映及心里活動的研究；

7. 實驗平臺

模塊化設計，可作為高校課程實驗和課外創(chuàng)新活動的平臺，學生可以編寫自己的算法實現(xiàn)不同的功能。

雖然我國在此領域的研究和開發(fā)工作已經開展，但是目前國內市場上尚無具有完全自主知識產權的同類產品。由于其在民用和軍用方面的廣泛和重要的應用，其經濟效益十分可觀。