由於外界環境光源的變化會造成眼球追蹤的不穩定，為了在各流程的處 理能夠獲得良好的眼球影像，需要對眼球影像做影像前處理技術再進行後續 眼動追蹤的流程。
眼球影像處理總共有三個區塊，分別是眼球影像增強、影像雜訊去除以 及反光點移除。為了使自然光源照明眼動儀系統不論在室內戶外、晴天陰天 或是明亮昏暗處等環境都能夠有良好的表現效果。需要一個強健的影像增強 處理，根據[26]論文研究，本文採用色調重現演算法做眼球影像前處理。
在觀察眼球影像時可以看到眼球的虹膜會有許多的反光點，像是周圍環 境的影像或是光源的反射等等。為了能夠去除這些反光點造成的誤差，先用 影像雜訊去除將影像平滑化後再利用形態學處理去除雜訊。除了能夠有效的 去除雜訊以及反光點也留下有效的邊緣特徵資訊。
5.1.1 眼球影像增強
在進行眼球追蹤之前必須確定影像的品質是穩定的，包括亮度、清晰度 等(圖 21)。為了能在室內室外或是晴天陰天等不同環境下都能有良好的影像 品質。本文採用的方法是此篇[26]的錄影式色調重現演算法，其特點在於能 夠即時的處理並用於攝影設備中使用，其流程依序是影像頻率分割、色調映 射技術、影像頻率合併、多重色調映射以及建立色調映射查值表。
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Low Pass Filter
Y1In
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2. 色調映射技術
色調映射演算法共有四個步驟，分別為參數計算、中間灰階映射、
白點映射以及正規化。參數計算是為了訂定中間灰階值以及白點的映射 參數，其目的是調整影像的整體亮度至人眼所感受的中間亮度，以調整 至 18%亮度的灰色亮度為標準。中間灰階映射是以校正整個影像的平均 亮度為目的，人眼對於亮度變化的敏感曲線在對數域下是呈線性，所以 需要先將影像整體亮度取對數後再調整到標準的 18%亮度值。白點映射 的目的是調整整張影像的暗處亮度為目標。其方法是壓縮高亮度的動態 範圍並對於暗處的亮度做線性放大。最後再將整張影像亮度範圍作正規 化調整至 0 到 255。
圖 22 色調映射流程圖
3. 影像頻率合併
調整完低頻影像的亮度之後要將高低頻影像進行合併。但是高頻影 像為原始影像減去低頻影像的數值，其值域的範圍從原先的 0 至 255 改 變為-255 至+255。因此在合併時將小於 0 的部分設為 0，超出 255 的部 分，為了保留亮度的細節，則維持原先的數值在多重色調映射繼續處理。
4. 多重色調映射
將影像高低頻合成之後，會有部分的亮度值仍超過 255。表示該影像 仍有足夠的動態範圍可再進行壓縮，因此將此影像在做第二次的多重色 調映射，以得到更好的影像品質。
參數計算 中間灰階映射 白點映射 正規化
輸入：低頻影像(YL)
輸出：正規化後影像(YN)
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5. 建立色調映射查值表
由於色調映射的處理流程較複雜計算時間較久，若每張影像都做色 調處理演算法的話會無法達成即時處理的設計目標。此演算法會建立一 張查值表(Lookup Table)，只在第一張做完整的色調重現演算法，並記錄 色調映射的參數值，之後的影像會對照查表的數值找到適合的參數直接 使用減少計算時間。
5.1.2 影像雜訊濾除&反光點去除
觀察眼球影像可以發現到虹膜影像並非是完整地，而是會反射外界環境 在眼球上形成反光點(圖 26)。為了能夠得到清楚的虹膜異色邊緣特徵需要先 將影像濾除雜訊，本文是採用3 × 3的高斯濾波陣列(圖 23)濾除雜訊以避免 處理時間過長。濾除雜訊後再利用形態學的侵蝕去除反光點。
形態學是影像處理技術的一門基礎技術，是利用運算子將影像轉換成特 定的型態，能夠將影像中的物件特徵銳利化或是去除雜訊。常用的型態學技 巧有膨脹、侵蝕、斷開以及閉合，為了能夠將眼球的反光點去除採用的是侵 蝕的方式，採用3 × 3大小的侵蝕陣列(圖 24)且連續的侵蝕以完整的去除反 光點。
比較圖 26 以及圖 27 可知完成雜訊濾除以及反光點去除後的影像已清除 了多數的影像雜訊以及反光點的部分，而虹膜異色邊緣的輪廓仍是有保留下 來沒有發生偏移的問題。
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圖 23(3 × 3)高斯濾波陣列 圖 24(3 × 3)侵蝕陣列
圖 25 影像雜訊濾除&反光點去除流程
圖 26 灰階眼球影像 圖 27 影像反光點去除影像