無需電池的眼動追蹤設備？最新款AR眼鏡

• 2018年11月9日 YangJinZhu來源：87870 344 15
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眼動追蹤技術通過追蹤人體眼球運功，來識別用戶所處的環(huán)境，預測用戶的需求及狀態(tài)，并進行響應，以實現(xiàn)用眼睛控制設備、完成一些操作。目前，許多VR/AR設備都支持眼動追蹤技術，為用戶帶來更自然的交互體驗。

眼動追蹤技術通過追蹤人體眼球運功，來識別用戶所處的環(huán)境，預測用戶的需求及狀態(tài)，并進行響應，以實現(xiàn)用眼睛控制設備、完成一些操作。目前，許多VR/AR設備都支持眼動追蹤技術，為用戶帶來更自然的交互體驗。

近日，達特茅斯學院DartNets實驗室的科研人員在印度新德里舉行的MobiCom 2018大會上展示了他們新研發(fā)的AR眼鏡。這款設備能夠精準追蹤眼球運動，且不需要用戶手動發(fā)出指令即可作出響應。這將優(yōu)化用戶對游戲和應用的控制，還能夠顯示更高清的畫面。

更為特別的是，這個模組通過優(yōu)化眼球追蹤方案，大幅度減少了能耗，只需要配備兩片薄太陽能電池板就能為模組供電。同時這也大大降低了成本和功耗。

現(xiàn)有眼動追蹤儀存在哪些短板？

游戲等人機交互方式對輸入方式的精準度要求很高，對眼動追蹤更是如此，其精準度必須達到亞毫米級別。理想的追蹤設備應該具備便攜、省電、充電次數(shù)少等特點，而目前市面上的技術還達不到這些要求。

據(jù)達特茅斯研究團隊稱，現(xiàn)有的眼動追蹤儀的短板在于無法在精準追蹤的同時節(jié)省功耗。大多數(shù)設備使用攝像頭識別眼球，這就需要密集的圖像處理，因而會大幅增加功耗，并需要大容量電池的支持。市面上如Tobii（約10.4萬人民幣）等智能眼鏡造價昂貴，而且通常會在鏡腿上放置電池，整體重量也因此增加。

無需電池的眼動追蹤設備

“對于游戲玩家、開發(fā)者以及普通用戶來說，這是一次激動人心的突破，”達特茅斯計算機科學副教授兼項目負責人Xia Zhou表示，“這是有史以來第一款能夠安裝到普通眼鏡上的眼動追蹤設備。”

如圖所示，科研人員在普通眼鏡的基礎上，加上了眼球追蹤裝置，鏡腿外部的兩片薄太陽能電池板提供電力，而二極管和近紅外燈管內(nèi)置于鏡框中。此外，眼鏡上還搭載了MINI-M4 FOR MSP432主板。

“我們采用了一種極簡的設計，在功耗和外形尺寸方面進行了大幅優(yōu)化，”達特茅斯博士生兼該技術的論文作者Tianxing Li說。“新系統(tǒng)為眼動追蹤應用開辟了廣泛的用途?！?/p>

為了研發(fā)這樣的一款設備，研究人員需要在沒有攝像頭的情況下檢測眼睛瞳孔的軌跡、速度和加速度。近紅外光用于從各個方向照射眼睛，而光電二極管將感測反射光的圖案。通過這些反射光，眼動追蹤設備能夠利用輕量級算法實時推斷瞳孔的位置和直徑。

高精度追蹤眼球運動

該設備的原型采用現(xiàn)成的硬件組件構建，并集成到一副普通眼鏡中，并能夠跟蹤四個眼球運動階段，注視（平均約為200毫秒）、緩慢移動、飛快掃視（500°/s或25cm/s）和眨眼。

追蹤這些運動都需要達到高精準度，比如檢測精神分裂癥要求眼球追蹤在至少120Hz刷新率的情況下誤差低于3°或15mm，才能夠檢測到飛快掃視的眼球運動。

為了測試這款設備能夠達到的實際效果，團隊邀請了22名參與者進行實驗。實驗表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了超高精度，瞳孔跟蹤誤差小。

通過檢測眼球運動，系統(tǒng)可以感知和計算運動軌跡，并能夠預測眼球接下來的運動。另外該原型與現(xiàn)有的智能眼鏡相比，功耗降低了數(shù)百倍，而且其太陽能電池板利用室內(nèi)光發(fā)電，十分節(jié)能。

團隊希望，有朝一日可以消除人們對手動控制器的需求，并且可以通過屏幕顯示系統(tǒng)更有效地渲染圖像，這意味著將為用戶顯示更高質(zhì)量更為高清的畫面。

另外，目前該研究僅在室內(nèi)進行過測試，因為室外強紅外線對于目前原型產(chǎn)品的光敏元件說太過飽和。未來，團隊計劃繼續(xù)研究如何讓這款新設備在戶外也很正常使用，并將進一步加強眼動追蹤的精準度。

隨著技術的進步，眼動追蹤也可用于識別健康問題，如精神障礙，檢測疲勞等，并能夠評估臨床治療效果。未來的VR/AR設備也將進行優(yōu)化，比如更加便攜輕巧，以方便佩戴。

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