RAPID — a model of fast eye pupil registration and tracking by a modified metaheuristic differential evolution method based on the Verhulst-Pearl equation

В работе предлагается модель быстрой регистрации и трекинга зрачка «RAPID» для устройств с ограниченным вычислительным ресурсом (слабые персональные компьютеры, смартфоны, встраиваемые системы на базе архитектуры ARM) с целью снижения стоимости технологии для индивидуального использования людьми с ограниченными возможностями и медицинскими учреждениями. В основу модели легла идея представления процесса видеоокулографии, как задачи многомерной глобальной оптимизации и ее решение метаэвристическим методом дифференциальной эволюции. Задача оптимизации (целевая функция) формализована, как поиск региона, наиболее полно аппроксимирующего зрачок в трёхмерном пространстве параметров – положение и приблизительный размер зрачка. Для рассматриваемой задачи оптимизации предложена модификация метода дифференциальной эволюции, в основе которого лежит процесс формирования генетических изоляций популяции решений в окрестностях всех локальных и глобальных экстремумов целевой функции, с последующим ростом наиболее приспособленной изоляции (рядом с глобальным экстремумом) и вырождением иных, в соответствии с дифференциальным уравнением Ферхюльста-Пирла. Данное поведение делает алгоритм поиска менее «жадным» и дает возможность корректно выделять зрачок из полного кадра. Разработанная модель трекинга может быть использована при разработке программных комплексов в задаче аугментативной коммуникации для пациентов с синдромами латерального-амиотрофического склероза или диплегии, на неспециализированных устройствах, а также в офтальмологических комплексах и инфракрасных-пупиллометрах.