頭部臉部即時追蹤系統

第二節

第二節 第二節 頭部臉部即時追蹤系統 頭部臉部即時追蹤系統 頭部臉部即時追蹤系統 頭部臉部即時追蹤系統

頭部臉部即時追蹤系統(faceLAB)為頭部、凝視與疲勞分析工具，係由軟體 與硬體所整合之一套即時自動追蹤頭部、臉部位置及特徵之系統，可依據使用 者所建立之3D頭部模型來確定頭部位置、追蹤視線凝視點、偵測眨眼頻率與其 他眼球行為的相關資料，此系統以60Hz的更新速度來量測與紀錄資料。該系統 在判斷靜態的頭部位置時精準度高達1mm至2mm之間，動態的分辨率1mm以 上，眼睛注視的分辨率3mm以上，具有高精度、高速完整之視覺化追蹤引擎，

不論是照明或是黑暗的狀況下均可操作，在有戴眼鏡夥隱形眼鏡的情況下也可 精確地界定眼睛與臉部的位置。

faceLAB硬體設備包括立體攝影機設備、立式或臥式 DELL電腦設備、校

正盤設備、角度設備、紅外線發射器設備、捲尺設備等，如圖10所示。其操作 步驟與大客車駕駛模擬器之整合，分別說明如後。

DELL 電腦 校正盤 faceLAB 立體攝影機

角度定位器 捲尺紅 外線發射器

圖 10 頭部臉部即時追蹤系統 faceLAB硬體設備圖

一、faceLAB軟體說明

本研究使用faceLAB4.2版本軟體，操作步驟說明如下：

(一)啟動faceLAB

啟動faceLAB應用程式後，會出現四個視窗，如圖10與表11所示。

圖 11 頭部臉部即時追蹤系統faceLAB應用程式圖

表11

FaceLAB 應用程式視窗功能說明表

主要視窗( The Main Window ) 視訊視窗( The Video Window )

視窗位置：左上角 視窗位置：右上角

faceLAB應用程式的主要視窗，建立頭

部模型，並且能夠啟動、停止faceLAB 應用程式之追蹤與紀錄功能。

顯示攝影機拍攝之追蹤影像。

控制視窗( The Control Window ) 世界模型視窗( The World Model Window )

視窗位置：左下角 視窗位置：右下角

顯示各種狀態之資訊，並且允許使用者 變更目前頭部模型之控制設定、變更紀 錄選項、更新攝影機設定與調校。

允許使用者編輯世界模型，並且在 追蹤時顯示三維頭部模型的凝視、

專注與頭部位置資訊。

(二)建立Stereo-Head模型

1.執行 faceLAB4.2 進入起始畫面後，建立新的 Stereo-Head，點選 Create New Stereo-Head，先在Camera Type選取Sony FCB Series，然後在Head Name輸 入自訂的受測者名稱或編號，按OK進行下一步驟，如圖12所示。

圖 12 建立Stereo-Head模型步驟1圖

2.等待攝影機開機讀取後，進入Camera Configuration Wizard，按Next進行下一 步驟，選取攝影機組態，選擇“Classic Tracking”，攝影機B視窗應包含臉部的 眼睛、眼角、嘴角；攝影機A視窗包括整個頭部的影像，調整後(加)進入下個 步驟，如圖13所示。

圖 13 建立Stereo-Head模型步驟2圖

3.調整攝影機Zoom與Focus，攝影機焦距微調，要求受測者將頭部置於攝影機 前方，按下 Auto-Focus後直到自動對焦後則放開，攝影機B重複執行進行焦 距微調，如圖14所示。

圖14 建立Stereo-Head模型步驟3圖

4.利用調校板進行調校，進行調校時必須轉換各種不同方向，軟體會自動進行資 料分析，資料分析後調校成功會顯示〝The collected data is OK. Click NEXT to

continue〞。如果出現其他顯示結果則回到上一步重新調校，方位調校時手持調

校板於攝影機前方適當位置，當綠框出現及調校板上兩個水平儀都對準中間

時，按下Take Snapshot Now，成功後進行下一步驟，如圖15所示。

圖 15 建立Stereo-Head模型步驟4圖

5.取得影像後，Stereo-Head Orientation Calibration Wizard 會開始分析所擷取的 畫面，並將此Stereo-Head儲存成資料。

(三)建立頭部追蹤模型

1.在 faceLAB 視窗中選取 Create Auto 按 Set Model 自動產生一個模型，在 faceLAB視窗上Head model選取Edit Head model編輯頭部模型，在Tracking Setup Wizard中追蹤形式選擇Front Only，如圖16所示。

圖 16 建立頭部追蹤模型步驟1圖

2.進行受測者頭部拍照，編輯參考點時注意臉部六個參考點，應將參考點儘可能 精確移到適當位置(眼角與嘴角)，兩邊的圖片都可編輯，對點按左鍵可使框框

圖 17 建立頭部追蹤模型步驟2圖

3.觀察 Tracking Quality(%)，數值最好達到 75 以上，若是辨識品質(Tracking

Quality(%))一直無法達到滿意的水準，使用者可以調整右下角三個調整鈕提昇

辨識品質。建立頭部 classic 模型凝視，主要是檢查在不同凝視角度攝影機追 蹤績效，調整眼睛追蹤參數，可選取瞳孔或虹膜眼睛追蹤方式來進行調整，將 追蹤選項的Automatically Adjust選項取消，藉由人工方式來調整Iris Visibility

與Iris Radius直到調整到滿意的水準，如圖18所示。

圖 18 建立頭部追蹤模型步驟3圖

4.進行一次凝視調校，主要的目的是眼睛方向的辨識，凝視調校完成，系統即可 追蹤頭部與眼睛的移動狀況，如圖19所示。

圖 19 建立頭部追蹤模型步驟4圖

5.一旦完成調校，用眼睛環視螢幕周圍或請受測者跟著滑鼠游標所點的位置移 動，看是否達到準確水準，如果效果不佳，可以重複流程再度調校。

6.選取控制式窗中SID選項後，案Show Screen Intersection Display，如圖20所 示，會彈出一個全螢幕畫面，按下Space Bar 開始調校螢幕，此時從左上到右 下依序出現9個白原點，請受測者用眼睛凝視圓點出現位置，凝視的過程盡量 不要眨眼睛。一但完成調校，用眼睛環式螢幕周圍或請受測者跟著滑鼠游標所 點的位置移動，看是否達到準確水準，如果效果不佳，可以重複流程再度調校，

完成上述faceLAB應用程式設定與調校步驟後，即可開始進行模擬實驗。

圖 20 SID測試位置圖

用，各項資料說明如表12所示。

表12

各項資料使用說明表

資料名稱 說明

Head 資料

Head中有六項資料，分別為立體座標位置x,y,z與x,y,z之轉動量。

Translation資料中頭往右方移動為+x左方移動則為-x，往上為+y， 一般頭是不會垂直往下方，至於z軸則是頭與攝影機之間的距離，

攝影機位置為0頭在距離一公尺左右的位置。至於Rotation中x軸方 向為α，y軸方向為β，z軸方向為γ。即表示點頭會影響α，轉頭會 影響β，搖頭會影響γ。

Gaze 資料

Gaze資料主要是在追蹤眼球的動作。Yaw代表眼球左右的程度，

Pitch則是眼球上下的程度。其中資料又分為原始資料(Raw)與修正

過的資料(Filtered)，因為眼睛是最難分析的一個部分因此要將雜

訊過濾掉，才會使用Filter 這個功能。過濾的程度在進行設定時可 以自行設定。

Logging 資料

在Controls這一個Windows中有一項Logging的功能，可以將偵測到 的數據即時紀錄起來。紀錄資訊可分為兩種方式，一是透過TCP/IP 傳輸到遠端網路接收程式中，另一種是儲存到磁碟機中。