眼睛作为身体的器官之一,充当着非常重要的角色,大脑中百分之八十左右的信息都是通过眼睛来获取的。随着计算机视觉技术快速的发展,眼睛和视线之间的关系引起了科研人员的关注,于是视线估计技术也逐渐成为备受关注的研究方向。目前的人机友好交互、人类行为研究、虚拟现实、疲劳驾驶检测、眼睛疾病诊断以及市场营销和广告研究等方面都会用到视线估计技术。本文主要是对基于非球面的眼球模型的研究,首先对一个视线估计模拟框架进行了研究,然后提出了一种基于非球面眼球模型的视线估计方法。本文首先对德国一个研究机构提出的模拟眼动仪的软件框架系统进行了细致的研究,该框架主要建立了眼球模型,光源模型以及摄像机模型,框架产生一些模拟数据如人眼的反射光斑、瞳孔中心等特征点,然后利用特征点来计算人眼的视线落点。但是该框架在建立眼球模型时假设角膜是一个完美的球体,而人眼角膜并不是球面形状的,为了更贴近人眼角膜形状,将框架中的球面角膜修改为非球面形状,并创建了左右眼两个眼球模型,同时对产生模拟数据的方法进行了修改。通过非球面的一些性质以及一些数学定理验证了改进之后的框架所产生特征点数据的正确性。然后本文提出了一种基于非球面的三维眼球模型的视线估计方法。在三维眼球模型中,主要是对人眼角膜进行准确的建模,利用光线射入人眼角膜时会发生反射和折射现象,通过建立角膜的几何模型来求解眼球的角膜曲率中心和瞳孔中心,进而重构眼睛的光轴,然后根据人眼光轴和视轴之间的关系重构视轴,最终求解出注视点。在球面模型中,利用了角膜上任何一点的法线经过角膜曲率中心这一特性,通过多个平面交于光轴这条直线从而重构光轴。然而人的角膜部分并不是一个完美的球体,更像是椭球体的一部分,为了更贴近人眼,本文使用椭球面来拟合人眼角膜,利用椭球面的一些性质以及光的反射和折射原理来重构光轴和视轴,最终求解出人眼的注视点。然后通过模拟框架进行仿真,实验结果表明了视线估计算法是可行的。