Erstellung und Optimierung von Algorithmen zur Messung von Augenbewegungen mittels Video-Okulographie-Methoden

Kai Schreiber

22. Februar 1999

 

• Inhalt
• 1. Einführung
  • 1.1 Übersicht
  • 1.2 Modell der Augenbewegung
    • 1.2.1 Aufbau des Auges
    • 1.2.2 Freiheitsgrade des Auges
  • 1.3 Mathematischer Formalismus
    • 1.3.1 Koordinatensysteme
    • 1.3.2 Drehungen
    • 1.3.3 Darstellung mit Quaternionen
  • 1.4 Motivation der VOG-Methode
    • 1.4.1 Nutzen von Augenbewegungsmessungen
      • 1.4.1.1 Psychologie und Neuropsychologie
      • 1.4.1.2 Neurologie
      • 1.4.1.3 Diagnostik
      • 1.4.1.4 Praktische Anwendungen
    • 1.4.2 Vor- und Nachteile verschiedener Meßverfahren
      • 1.4.2.1 Nachbilder
      • 1.4.2.2 Verfahren mit Kontaktlinsen-Spulen
      • 1.4.2.3 Elektro-Nystagmographie (ENG)
      • 1.4.2.4 Purkinje-Tracker
      • 1.4.2.5 Video-Okulographie (VOG)
  • 1.5 Augenbewegungsmessung mittels Videookulographie
    • 1.5.1 Apparative Mittel
      • 1.5.1.0.1 Übersicht
      • 1.5.1.0.2 Meßbrille
      • 1.5.1.0.3 Optische Abbildung
      • 1.5.1.0.4 Videoaufzeichnung
      • 1.5.1.0.5 Verdrehung der Kamerabrille
    • 1.5.2 Messung von 2-D-Augenbewegungen durch Pupillenfindung
    • 1.5.3 Geometrische Näherung bei der Messung
    • 1.5.4 Messung der torsionellen Komponente über Segmentanalyse
      • 1.5.4.1 Komplikationen der Kreuzkorrelationsmethode
• 2. 2-D-Kalibration des Systems
  • 2.1 Problemstellung
  • 2.2 Bisheriges Verfahren
  • 2.3 Neuer Algorithmus
  • 2.4 Optimierung im vierdimensionalen Parameterraum
  • 2.5 Bestimmung der Kamerarotation
  • 2.6 Überprüfung der Stabilität
    • 2.6.1 Analytische Überprüfung
    • 2.6.2 Überprüfung durch Simulation
  • 2.7 Auswirkungen der geometrischen Näherung
    • 2.7.1 Verbesserung des Verfahrens?
    • 2.7.2 Berechnung des Meßfehlers in Simulationen
• 3. Simulation torsioneller Messungen und Bestimmung der maximalen Drehgeschwindigkeit bei 3-D-Messungen
  • 3.1 Problemstellung
  • 3.2 Eignung eines Irismusters für die Torsionsmessung
    • 3.2.1 Halbwertsbreite
    • 3.2.2 Gütekurve und meßbare Winkelbreite
  • 3.3 Verwendetes Irismuster
  • 3.4 Das verwendete Abbildungsmodell
  • 3.5 Simulationsablauf
  • 3.6 Güte der bewegungsunscharfen Muster
  • 3.7 Ergebnisse
    • 3.7.1 Qualitative Beurteilung
    • 3.7.2 Quantifizierung
• 4. Bestimmung des optimalen Segmentes zur torsionellen Messung
  • 4.1 Problemstellung
  • 4.2 Musterkriterien
  • 4.3 Die Kriterien im Einzelnen
    • 4.3.1 Halbwertsbreite des Maximums
    • 4.3.2 Frequenzverteilung
    • 4.3.3 Qualitative Analyse
• 5. Praktische Folgerungen aus den Ergebnissen
  • 5.1 Kalibration des Systems
    • 5.1.1 Numerischer Algorithmus
    • 5.1.2 Kalibrations-Setup
  • 5.2 Exakter Meßalgorithmus
  • 5.3 Verkürzung der Belichtungszeit
  • 5.4 Verwendung mehrerer Segmente für die torsionelle Messung
  • 5.5 Musterfindung
    • 5.5.1 Verfahren zur Musterfindung
• 6. Algorithmen
  • 6.1 2-D-Kalibration
    • 6.1.1 Kalibration
    • 6.1.2 Überprüfung
      • 6.1.2.1 Geometrische Näherung
  • 6.2 Belichtungssimulation
    • 6.2.1 Berechnung der bewegungsunscharfen Muster
      • 6.2.1.1 Auswertung der Daten
  • 6.3 Segmentanalyse
• 7. Ergebnisse
  • 7.1 Fehler des Kalibrationsalgorithmus
    • 7.1.1 Fixationspunkte im Raster
      • 7.1.1.1 Fehler $= \pm$ 0.00
      • 7.1.1.2 Fehler $= \pm$ 0.25
      • 7.1.1.3 Fehler $= \pm$ 0.50
      • 7.1.1.4 Fehler $= \pm$ 1.00
    • 7.1.2 Fixationspunkte zufällig verteilt
      • 7.1.2.1 Fehler $= \pm$ 0.00
      • 7.1.2.2 Fehler $= \pm$ 0.25
      • 7.1.2.3 Fehler $= \pm$ 0.50
      • 7.1.2.4 Fehler $= \pm$ 1.00
  • 7.2 Fehler durch die geometrische Näherung
  • 7.3 Ergebnisse der Simulationsläufe
    • 7.3.1 Meßbare Winkelbreiten
  • 7.4 Ergebnisse der Musterfindung
• 8. Genaue optische Geometrie des Auges
  • 8.1 Geometrie des Auges
  • 8.2 Funktionsweise des visuellen Systems
  • 8.3 Aufbau des Auges
  • 8.4 Achsen des Auges
• 9. Exakte Darstellung der Augendrehung
• 10. Programmcode
  • 10.1 Kalibration
    • 10.1.1 KAliB
    • 10.1.2 ABWEICH
    • 10.1.3 ABSTAND
    • 10.1.4 KALTEST
    • 10.1.5 TEST_KAliB
    • 10.1.6 DARSTELLEN
    • 10.1.7 FINDname
    • 10.1.8 MESSTEST
    • 10.1.9 TEST_MESS
    • 10.1.10 MESSE
  • 10.2 Belichtungssimulation
    • 10.2.1 RtrANS
    • 10.2.2 HINtrANS
    • 10.2.3 INTENS
    • 10.2.4 SIMulROT
    • 10.2.5 SIMulPLAN
    • 10.2.6 SIMAUSWERTEN
    • 10.2.7 GUETEKURVE
    • 10.2.8 WINKELbrEITE
    • 10.2.9 PARAMAX
    • 10.2.10 LADEN
  • 10.3 Musterfindung
    • 10.3.1 HALBWERT
    • 10.3.2 FINDBEST
    • 10.3.3 BUTTERN
    • 10.3.4 FILMCHEN
• Danksagung
• Abbildungsverzeichnis
• Literatur
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