从机械不稳定到虚拟精度:为下一代基于MEMS的眼睛跟踪系统进行数字双胞胎验证
Mateusz Pomianek1, Marek Piszczek2, Paweł Stawarz1
1Department of Computer and Control Engineering, Rzeszow University of Technology, Wincentego Pola 2, 35-021 Rzeszów, Poland.
Sensors (Basel, Switzerland)
|October 29, 2025
概括
本研究介绍了一种高保真度数字双胞胎 (DT),以克服开发MEMS眼睛追踪器的挑战. 经过验证的DT准确模拟物理系统,使设计周期更快,并改进了用于医学诊断的瞳孔检测算法.
科学领域:
- 光学和光子学 在光学和光子学.
- 微电子机械系统 (MEMS) 是一种微电子机械系统.
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 基于MEMS的眼睛追踪器对于医学诊断和人机接口至关重要.
- 物理原型开发面临由于机械不稳定性和重新校准需求的限制.
- 加快设计-测试-改进周期对于推进眼球追踪技术至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证用于MEMS眼睛追踪器的高保真度数字双胞胎 (DT).
- 为了加快MEMS光学系统的设计-测试-改进周期.
- 为了证明DT在开发先进的学生检测算法中的实用性.
主要方法:
- 使用美国空军1951年试验目标对物理MEMS扫描系统及其数字双胞胎进行比较分析.
- 在静态和动态条件下的评估,以评估准确性和识别差异.
- 利用验证的DT开发和测试一种新的学生检测算法.
主要成果:
- 数字双胞胎准确地复制了物理系统的行为,几何差异<30微米.
- 追踪动态在特征转移中引入了1μm的误差,DT成功建模了这一点.
- DT消除了机械振动的工件,允许精确的参数分析.
- 使用DT开发的瞳孔检测算法实现了1.80弧分的精度,超过了商业系统.
结论:
- 在光学系统的快速原型设计中采用数字双胞胎的验证方法已经建立.
- 数字双胞胎为克服MEMS眼球追踪器开发的物理限制提供了一个强大的工具.
- 这种方法加速了关键医疗保健技术的发展,包括先进的眼睛跟踪系统.
