由於頭戴式眼動儀需要將攝影機裝配在頭上拍攝眼睛，且攝影機有些重量，戴久了 頭部會有不適的感覺，本研究希望將前述使用的偵測瞳孔方法，應用到遠距式眼動儀 上，希望能夠改善戴過久不適的問題。
遠距式眼動儀由於拍攝的範圍不只有眼睛的區域，所以必須先將眼睛的區域標示出 來，如圖 3.20，然後再對眼睛的區塊做處理，先找出眼睛區塊的目的，不僅可以減少需 要運算的數量，也將問題簡單化一些。
圖 3.20 遠距式眼動儀拍攝的範圍
標示的方法使用兩個標示物來定位眼睛的位置，如圖 3.20 中眼鏡兩旁的黑色方 塊，標示出來後，使用之前的瞳孔偵測演算法(只做侵蝕)來找出瞳孔，由於標示的區塊 相對於頭戴式眼動儀所需處理的範圍小很多，所以不需要減少計算的範圍，可以直接對 整個範圍去做處理。另外經過實驗發現，由於距離較遠，瞳孔的特徵相對來得不明顯，
且會受到眼皮與眼角的影響，造成找出的瞳孔不正確，如圖 3.21，所以改用不同的消除
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雜點的方法，來消除雜點，整個處理步驟如下：
(1) 找出標示出來的眼睛區塊。
(2) 對眼睛區塊找代表瞳孔的特徵點。
(3) 移除雜點。
(4) 利用 SVD 找出符合剩下特徵點的橢圓。
以下分別對主要的部分做說明。
圖 3.21 眼皮眼角造成的影響
3.2.1 標示眼睛區塊
標示眼睛區塊這個部分是使用兩個標示物，並讓使用者點選此兩個標示物，如圖 3.22，之後利用光流追蹤法(Optical Flow)的 Lucas-Kanade 方法，追蹤此兩個標示點，兩 個標示點會形成一個長方型區域，這個區域就是眼睛的區域，也就是要做處理的區域。
圖 3.22 標示眼睛區域的標示物與區域
3.2.2 找出瞳孔特徵點
找出瞳孔特徵點的方法是使用與頭戴式眼動儀一樣的做法，都是使用 Sobel 邊緣偵
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測法加上特徵點周圍暗色點的比例要超過一定比例，但由於距離較遠，邊緣會較模糊(主 要是近紅外線光源強弱的影響)，所以邊緣(edge)的門檻值必須取較小的值(15~40 間，取 決於光源強弱)，且因為距離較遠，角膜反射點與其他光源的影響較小，所以找周圍暗 色點的範圍可以取小的範圍，範圍取 5 個 pixels 的正方形範圍，效果就不錯；做完這個 步驟之後，再對整個區塊做侵蝕(Erode)；找出的結果如圖 3.23。
圖 3.23 沒用移除雜點所找出的特徵點
3.2.3 移除雜點
由於在遠距式眼動儀所拍攝到的影像範圍較大，所以在眼角與眼皮等部份出現雜 點，所以需將這些雜點移除；移除雜點是根據[19]，從此研究與之前的研究發現在近紅 外線底下，瞳孔兩側 45 度角的區域是比較具有代表性的，且較不會受到眼皮等的影響，
如圖 3.24。
想法是由於找出的特徵點中，真正是瞳孔特徵點的部分是比較粗且比較多的如圖 3.25，所以只取所有特徵點中 50%~75%的部分(代表瞳孔兩側 45 度角的區域)，並利用 此部分的幾何中心點，將太遠的特徵點移除，具體的做法如下：
(1) 先找出所有特徵點的幾何中心點(公式(3.17))，與特徵點距離此幾何中心點的平均距 離(公式(3.24))，如圖 3.25 的十字。
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(3) 標示殘餘的特徵點 50%~75%的部分(公式(3.38))，取出的 50%~75%的特徵點中較亮 的灰色。
1, 0.5 0.75
isIm( )
0, otherwise
i
newFC i newFC
P
(3.38)
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圖 3.26 取出的 50%~75%的特徵點
(4) 計算這部分的幾何中心點，也就是計算isNear(Pi)與isIm(Pi)為 1 的特徵點的幾何中 心，如圖 3.27 的白色十字(較大的那個十字)。
(5) 利用新的幾何中心點，將距離過遠的特徵點移除，移除的特徵點如圖 3.27 的淺色點。
移除雜點後，再將剩下的特徵點使用 SVD 解出代表瞳孔的最佳橢圓方程式與相關的 參數，最後結果如圖 3.27 的右圖。
圖 3.27 50%~75%所找到的幾何中心與移除的雜點與找到的橢圓結果
3.2.4 將瞳孔座標投射到螢幕
這個部份使用與近距式眼動儀一樣的做法，將瞳孔座標投射到螢幕座標上，但由於 頭部只要些微移動且因為距離較遠，所以精確度與頭戴式眼動儀有一些差距，頭部移動 的修正會在下一章會用一些方法來處理。
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3.2.5 實驗器具
實驗的器具是使用 PHILIPS 的 SPC900NC 並將鏡頭換成 unibrain 公司出的 Spare lens M12*0.5mm TELE，焦距為 12mm，且不具有近紅外線的濾鏡，但是由於需要攝影機具 有觀看近紅外線的功能，所以需要加上紅外線濾鏡，濾鏡是使用 Kodak No.87，另外由 於夜晚時，紅外線的光源會不足，因此也需要加上一些紅外線 LED 燈，讓光源充足，
圖 3.28 為遠距式眼動儀的設備圖，圖 3.28 的右邊為攝影機，左邊的為環狀近紅外線 LED 燈。
圖 3.28 遠距式眼動儀的設備圖
3.2.6 精確度分析
遠距式眼動儀的精確度分析的作法是與頭戴式眼動儀相同，同樣是做完校正程序 後，回頭去看校正程序的點，並比較校正程序的校正點與校正後觀看的注視點之間的差 異；攝影機擺放的位置，是在螢幕的正前方 12.5cm，攝影機離人臉約 39cm。
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目前頭部只要輕微的移動，就會造成精確度產生很大的偏差，目前最好之結果平均 約為 70~80 pixels(攝影機解析度為 640x480)，如表 3.2，但此結果是反覆做出來的，且 受測者是自己，將於第四章加入頭部轉動資訊，並找多個受測者做實驗，這裡只做自己 是由於頭部移動所造成的影響太大，不易讓受測者頭部完全都不移動。於做實驗的螢幕 (96 DPI)上 1 cm 大約是 37.7953 Pixels，實驗螢幕是 SAMSUNG 的 SyncMaster 940BW，
點距為 0.285mm。
可能的改善方法，有以下幾種：
(1) 利用標示物的移動，將校正時眼睛的移動做一些位移，來補償頭部的移動所造成的 誤差，但只能解決輕微的頭部移動，大量的頭部移動仍然無法處理，另外即使加入 標示物的移動，由於拍攝眼睛的距離較遠，相信最後的結果與反覆做出來的結果差 異不大。
(2) 使用建立眼睛 3D 模型的校正方法來解決頭部移動的問題，像是[20]，與以線性迴歸 為基礎的校正方法[21]，但是這兩種方法，都需要抓出一個或多個角膜反射點，[21]
則是還需要另外加入一個攝影機來找出眼睛的 3D 位置。
由於角膜反射點要確切的抓出來，影像品質與環境都需要設定良好，且使用者不能配 戴眼鏡，所以本研究後面將使用第一種方法去改善頭部的影響。
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表3.2 遠距式眼動儀的精確度(反覆做的最佳結果) Point(pixels) difference
1 79.42 2 31.28 3 78.86 4 73.89 5 59.23 6 40.58 7 78.42 8 45.32 9 55.91