无光源系统结构简单、成本低，但使用特殊光源照射用户所产生的生理效果对于瞳孔识别和检测等具有极好的辅助作用。其产生的主要眼部生理特征就是普尔钦斑和亮瞳现象。尽管增加了系统的外部硬件配置，但这样做极大地简化了视线方向所需的眼部特征的检测难度，其效果是单摄像机无光源系统所不能比拟的。根据光源的形状，主要分为环形光源和阵列光源两种。单摄像机单光源系统是指系统采用一个摄像机，而一个红外光源用来在角膜上形成普尔钦斑点。单摄像机双光源系统的双光源一般指双环形红外光源或双阵列式红外光源。双环形红外光源的内环光源为近光轴光源，其交替亮灭可以使使用者的瞳孔产生亮瞳和暗瞳现象。而双阵列式红外光源可以在角膜上产生双普尔钦斑。下面介绍典型的单摄像机双环形红外光源视线追踪系统。

北京科技大学研制的单摄像机双环形红外光源视线追踪系统由双环型红外光源、滤光片、摄像机镜头、图像采集卡、CCD、帧同步卡、单片机、主机和显示屏构成。双环形红外光源产生亮瞳现象和普尔钦斑。使用者注视屏幕，由CCD摄像机获取人脸图像，通过图像采集卡传到主机。主机通过特征参数提取和视线映射函数得到视线落点，再显示在屏幕上。硬件系统主要由CCD摄像机、图像采集卡、计算机、微处理器和光源组成。系统实物、设计原理及硬件设备如图3.22、图3.23和图3.24所示。

图3.22 视线追踪系统实物

图3.23 视线追踪系统设计原理图

摄像机主要用于采集用户脸部和头部图像，采用PAL制式的模拟输出方式。在得到人脸图像后，传输至图像采集卡进行A-D转换和预处理，最后输入至计算机进行图像处理。采集卡选用OK-M80黑白图像采集卡，适用于工业检测和科学图像处理及医疗影像等研发领域。OK-M80采集卡除了将采集到的视频图像传输至计算机外，还提取了图像的帧同步信号以供微处理器读取并作相应的处理。

图3.24 视线追踪系统硬件设备(www.daowen.com)

图3.25 亮瞳和暗瞳图像产生原理

红外光源使用了近红外发光二极管（Infrared Light Emitting Diode，IR LED），波长为880nm，在配合了相应的滤光片后，既可以产生“亮暗瞳”图像，又不会由于光照影响用户的使用。红外光源由红外LED排列而成，采用双环形设计，分为内环和外环两圈。内环紧靠着摄像机的光学镜头，为近光轴光源。外环远离摄像机的光学镜头，为远光轴光源。当红外光源靠近摄像机的光轴时，所发出的光线与摄像机的光轴近似平行，这样大部分照射到瞳孔的光线被反射回CCD摄像机，图像中就出现了“亮瞳”现象，其原理与照相时产生的“红眼”类似。反之当红外光源远离摄像机的光轴时，所发出的光线与摄像机的光轴夹角较大，这样照射的瞳孔的光线很少反射回摄像机，所发出的光线和光轴的夹角较大，图像中就出现所谓“暗瞳”现象。而外环光源在角膜上的反射点就是普尔钦斑。由帧同步卡输出的帧同步信号，输入单片机系统，然后由单片机输出帧同步信号控制内环和外环光源交替亮灭，就会在序列视频的相邻两帧中产生亮瞳和暗瞳图像。亮瞳和暗瞳图像产生原理如图3.25所示。光源原理图如图3.26所示。光源实物如图3.27所示。

图3.26 光源原理图

图3.27 光源实物图