研究動機和目的

在校正結束後，使用者若沒有頭部移動的狀況，大多可以使用校正時得到的 參數推測出正確的凝視資訊，但頭部移動後，頭部和其他裝置的相對位置改變，

此時各方面的條件和校正時皆不相同，若持續以校正時得到的參數來推測凝視點 容易產生誤差，最簡易的解決方法為重新進行校正或是如圖 1-11 使用頭架或一 些裝置固定頭部，

圖 1-11 使用頭架固定頭部[12]

但不論是重新校正或是用頭架固定頭部在使用上都不是方便的做法，故針對 頭部移動的因素進行誤差修正的方法在眼動儀的領域裡是一個重要的議題，一般 稱之為頭動補償。

本實驗室在先前的研究[35][36]中對於無頭動補償功能和具備頭動補償功能 的眼動儀已經有了一定的成果，但仍然有一些可改進的方向及想要達成的目標，

因此本論文針對先前研究的不足大略有以下幾個改進方向：

(1) 將眼動儀移植到嵌入式系統

眼動儀在使用上可以被歸類為攜帶式裝置，考量到使用上的便利性，相較於 個人電腦，嵌入式系統具有體積小、具單一功能等優點，因此將眼動儀移植至嵌 入式系統是將來的趨勢之一，但本實驗室先前的眼動儀程式均是由 C#開發而成，

難以移植至嵌入式系統中，因此本論文的眼動儀程式改以 C 和 C++開發，對於未 來要移植至嵌入式系統中會有所幫助。

(2) 提升瞳孔中心偵測的精準度

先前的瞳孔偵測方式是讓使用者以手動方式調整閥值、區塊的最大和最小面 積，再以區塊標籤找出符合條件區塊的重心來當作瞳孔中心，但因為有使用紅外 光照射眼球，若紅外光點在瞳孔內會使預估出的瞳孔中心位置產生偏差，且在使 用時若周圍的燈光改變則又需要重新調整閥值。因此如果使用自動化的找閥值方 法減少手動調節的步驟可以提升方便性，加上使用別的方式偵測瞳孔中心減少光 點的影響，對於凝視點預估的精準度會有所幫助，在 3.2 節中將會介紹本論文瞳 孔偵測的方法。

(3) 使用自行設計的圖卡偵測螢幕

在先前的研究中是使用 AR 卡[37]來偵測螢幕位置，本論文改使用偵測自行設 計的四張圖卡偵測螢幕位置，相較於 AR 卡，本論文所使用的圖卡可以推測螢幕 的深度，在 3.3 節中會介紹本論文偵測圖卡的方法。

(4) 考慮到深度問題進行頭動補償

本實驗室之前對於頭動補償皆只考慮到二維方向的補償，並無考慮到深度的 問題，實際上由於眼睛和實景攝影機的座標軸不一致，深度是必須被考慮的因素 之一，如圖 1-12 所示，橘色線段為使用者所凝視的方向，若是不考慮深度，只 以攝影機拍攝的二維影像做頭動補償判斷，則會預估出錯誤的凝視點位置(藍色 線段和頭動後螢幕位置的交點)，這也是本論文中主要想探討和改進的地方，希 望能探討在考慮深度的情況下是否能有更好的頭動補償效果。在 3.5 節中，將會 介紹本論文考慮到深度問題提出的頭動補償方法，並和先前的版本做一些比較和 討論。

圖 1-12 頭動後螢幕位置示意圖

(5) 測試在較大幅度頭部移動下的補償效果

在先前文獻[35]的頭動補償實驗中，測試頭動的幅度最大只到 10 公分，然而 在使用時的移動很可能會超出此一範圍，因此本論文在第四章的實驗中，將會對 於較大幅度的頭部移動進行一些實驗，測試在較大幅度頭動下的補償效果。

本論文主要建立一套具三維頭動補償機制的眼動儀系統，系統內除了具備頭 動補償模式外也具有基本的無頭動補償模式和實景模式。頭動補償機制部分，主 要是在螢幕上貼上四張圖卡，利用頭戴式眼動儀上的實景攝影機拍攝螢幕上的四 張圖卡偵測螢幕資訊，在校正時決定校正平面和映射函數，使用時以映射函數和 校正平面決定視軸，再以螢幕資訊建立一個三維座標進行頭動補償，減少因為頭 部移動而造成的誤差，希望能夠在考慮深度的情況下進行頭動補償，達到更好的 頭動補償效果。