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眼动追踪眼镜为增强现实的未来提供了新的视野

2019-04-06 17:37:59来源:

达特茅斯学院开发的无电池眼动追踪眼镜可为增强现实爱好者创造更逼真的体验。这项新技术改善了玩家对游戏的控制,并允许更准确的图像显示。

高功耗和成本使眼动仪远离当前的增强现实系统。通过使用近红外灯和光电二极管,达特茅斯的DartNets Lab创建了一个节能,可穿戴的系统,可以跟踪快速的眼球运动并允许免提输入系统命令。

“对于游戏玩家,开发者和其他智能眼镜用户来说,这是一个令人兴奋的进步,”达特茅斯计算机科学副教授兼项目负责人夏周说,“这是有史以来第一款适合日常眼镜的眼动仪。没有电池。“

在视频游戏等人机交互系统中使用眼睛作为有效的输入设备需要精确跟踪亚毫米级别的快速眼球运动。理想的跟踪设备应该是便携式的,并且消耗低功率以消除频繁充电。到目前为止,还没有这样的系统存在。

根据达特茅斯研究团队的说法,现有的可穿戴式眼动仪不足,主要是因为无法匹配高跟踪性能和低能耗。大多数跟踪器使用相机捕获眼睛图像,需要密集的图像处理并导致高成本和对笨重的外部电池组的需求。

“我们采用了一种极简主义的方法,在功耗和外形尺寸方面确实得到了回报,”达特茅斯博士生和研究论文作者李天兴说。“新系统为眼动追踪应用开辟了广泛的用途。”

为了使达特茅斯系统工作,研究人员需要在没有摄像头的情况下检测眼睛瞳孔的轨迹,速度和加速度。近红外光用于从各个方向照射眼睛,而光电二极管感测反射光的图案。这些反射用于通过基于监督学习的轻量级算法实时推断瞳孔的位置和直径。

该原型采用现成的硬件组件构建,并集成到一副常规眼镜中,可追踪四个阶段的眼球运动,称为固定,平滑追踪,扫视和眨眼。实验表明,该系统实现了超高精度,瞳孔跟踪误差小。

“通过检测眼球运动的类型,系统可以适应感知和计算。一些运动具有可预测的轨迹,允许系统推断随后的瞳孔位置并最小化能量使用。” 李说。

功耗比现有系统低数百倍,达特茅斯眼动仪可以通过室内照明采集的能量供电,这意味着无需电池。无电池眼动仪系统也更容易集成到一副普通眼镜中。

根据该论文:“虽然太阳能收集已经在文献中进行了广泛的研究,但据我们所知,没有系统的测量设置类似于我们的设置。” 达特茅斯眼动仪系统的布局通过将太阳能电池垂直放置在眼镜臂的侧面而变得独特,以在各种用户活动下从室内照明获取能量。

低成本系统可用于增强现实游戏和显示系统。通过允许更精确地测量眼睛位置,系统有朝一日可以消除对手持控制器的需要,并且可以通过显示系统更有效地渲染图像,这意味着更高质量的图像。

该研究仅在室内进行,因为室外强红外线可以使当前原型中的光传感器饱和。未来的研究包括使系统中的光传感器增益适应户外使用,并改善对某些快速眼球运动的检测。

随着更多的进步,持续眼动追踪也可用于识别健康问题,如精神障碍,检测疲劳等认知状态,并评估临床治疗的有效性。未来的型号也将进行优化,以实现更小型化的外观,甚至更好地集成到各种形状的普通眼镜中。