眼动追踪作为一种新型的人机交互技术,在辅助驾驶、心理研究、虚拟现实及军事等多个领域都有迫切的应用需求。但现有的眼动追踪系统过于依赖电脑平台,致使体积大、功耗高、应用场景受限,制约了其普及应用。本文在基于嵌入式硬件实现眼动追踪系统上做了研究,基于头戴式近眼相机,利用图像处理技术,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,设计了一种眼动追踪系统,配合相关的上位机驱动软件,可利用本系统与电脑进行目视控制人机交互。系统硬件设计方面,根据功能需求论述了硬件架构的选择,分析了各模块的器件选型,给出了详细的电路设计方案。瞳孔中心定位算法设计方面,利用近眼相机采集眼部图像背景简单的优点,先采用自适应阈值图像二值化,提取包含虹膜与瞳孔的粗糙前景图像,然后结合形态学运算与最大连通像素区域统计,去除粗糙前景图像中的眼睑、眉毛、睫毛及角膜反光点带来的噪点,得到只包含虹膜与瞳孔的精确前景图像,再求其最小外接矩形,由于瞳孔与虹膜近似为同心圆,因此以其最小外接矩形中心坐标近似瞳孔中心坐标,实现瞳孔中心定位。系统基于FPGA平台实现方面,采用Verilog硬件描述语言在FPGA内编程实现各功能模块。首先驱动摄像头模组初始化,通过视频数据采集模块得到人眼灰度视频流,然后驱动控制同步动态随机存储器(SDRAM)对视频流以帧为单位进行缓存,存满一帧后接续传给图像预处理模块、最大连通区域检测模块和瞳孔中心定位模块处理,得到瞳孔中心坐标,最后通过数据传输模块以串口通信(UART)协议发送瞳孔中心坐标值。测试结果表明,基于FPGA的眼动追踪系统可实现通过摄像头采集人眼视频图像实时定位瞳孔中心,平均准确度达95.4%,图像处理帧率达60fps。可通过上位机驱动软件配合,实现与上位机眼动交互。