【导读】近日，达特茅斯学院DartNets实验室的科研人员在印度新德里举行的MobiCom 2018大会上展示了他们新研发的AR眼镜。这款设备能够精准追踪眼球运动，且不需要用户手动发出指令即可作出响应。这将优化用户对游戏和应用的控制，还能够显示更高清的画面。
眼动追踪技术通过追踪人体眼球运功，来识别用户所处的环境，预测用户的需求及状态，并进行响应，以实现用眼睛控制设备、完成一些操作。目前，许多VR/AR设备都支持眼动追踪技术，为用户带来更自然的交互体验。
更为特别的是，这个模组通过优化眼球追踪方案，大幅度减少了能耗，只需要配备两片薄太阳能电池板就能为模组供电。同时这也大大降低了成本和功耗。
现有眼动追踪仪存在哪些短板？
游戏等人机交互方式对输入方式的精准度要求很高，对眼动追踪更是如此，其精准度必须达到亚毫米级别。理想的追踪设备应该具备便携、省电、充电次数少等特点，而目前市面上的技术还达不到这些要求。
据达特茅斯研究团队称，现有的眼动追踪仪的短板在于无法在精准追踪的同时节省功耗。大多数设备使用摄像头识别眼球，这就需要密集的图像处理，因而会大幅增加功耗，并需要大容量电池的支持。市面上如Tobii（约10.4万人民币）等智能眼镜造价昂贵，而且通常会在镜腿上放置电池，整体重量也因此增加。
无需电池的眼动追踪设备
“对于游戏玩家、开发者以及普通用户来说，这是一次激动人心的突破，”达特茅斯计算机科学副教授兼项目负责人Xia Zhou表示，“这是有史以来第一款能够安装到普通眼镜上的眼动追踪设备。”
如图所示，科研人员在普通眼镜的基础上，加上了眼球追踪装置，镜腿外部的两片薄太阳能电池板提供电力，而二极管和近红外灯管内置于镜框中。此外，眼镜上还搭载了MINI-M4 FOR MSP432主板。
“我们采用了一种极简的设计，在功耗和外形尺寸方面进行了大幅优化，”达特茅斯博士生兼该技术的论文作者Tianxing Li说。“新系统为眼动追踪应用开辟了广泛的用途。”
为了研发这样的一款设备，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，而光电二极管将感测反射光的图案。通过这些反射光，眼动追踪设备能够利用轻量级算法实时推断瞳孔的位置和直径。
高精度追踪眼球运动
该设备的原型采用现成的硬件组件构建，并集成到一副普通眼镜中，并能够跟踪四个眼球运动阶段，注视（平均约为200毫秒）、缓慢移动、飞快扫视（500°/s或25cm/s）和眨眼。
追踪这些运动都需要达到高精准度，比如检测精神分裂症要求眼球追踪在至少120Hz刷新率的情况下误差低于3°或15mm，才能够检测到飞快扫视的眼球运动。
为了测试这款设备能够达到的实际效果，团队邀请了22名参与者进行实验。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，系统可以感知和计算运动轨迹，并能够预测眼球接下来的运动。另外该原型与现有的智能眼镜相比，功耗降低了数百倍，而且其太阳能电池板利用室内光发电，十分节能。
团队希望，有朝一日可以消除人们对手动控制器的需求，并且可以通过屏幕显示系统更有效地渲染图像，这意味着将为用户显示更高质量更为高清的画面。
另外，目前该研究仅在室内进行过测试，因为室外强红外线对于目前原型产品的光敏元件说太过饱和。未来，团队计划继续研究如何让这款新设备在户外也很正常使用，并将进一步加强眼动追踪的精准度。
随着技术的进步，眼动追踪也可用于识别健康问题，如精神障碍，检测疲劳等，并能够评估临床治疗效果。未来的VR/AR设备也将进行优化，比如更加便携轻巧，以方便佩戴。
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