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可取代手指控製電腦的新技術- 眼控技術

(2013-03-27 15:39:37) 下一個

       眼控技術能通過智能手機或者平板電腦的前置攝像頭獲取圖像,利用計算機視覺算法進行分析。軟件能定位眼睛的位置,估計你正在看屏幕的什麽地方,甚至精確到非常小的圖標。這項眼控技術能夠取代手指,控製平板電腦或手機。眼動控製會成為智能手機、平板等手持設備交互界麵的下一波潮流。

      微軟的遊戲操控設備 Kinect 有一句廣告語:You are the controller(你就是遙控器)。通過 Kinect,普通人不需要使用任何手柄、搖杆、鼠標或者其他遙控器就能操控遊戲,這讓 Kinect 遠遠超越了普通家用遊戲機的段位。事實是,人們也沒有把它僅僅當成遊戲機,無數黑客對其進行破解,開發出一係列創新發明,有模擬光劍道具,也有自動跟著垃圾跑的垃圾桶,甚至英國一所大學正在基於它研發一種技術幫助中風患者恢複健康。

新的人機交互方式讓計算機能讀懂人所傳遞的命令。現在,眼睛是人們開發的下一個目標去年底,丹麥公司 Senseye 發布了一個視頻。

視頻裏,一個人捧著平板電腦在玩“切水果”的遊戲——不過,他沒有動一根手指,而是完全用眼神控製。後來,這家由四個丹麥博士生創立的公司改名為“The Eye Tribe”,他們開發的眼控技術能通過智能手機或者平板電腦的前置攝像頭獲取圖像,利用計算機視覺算法進行分析。軟件能定位眼睛的位置,估計你正在看屏幕的什麽地方,甚至精確到非常小的圖標。這項眼控技術能夠取代手指,控製平板電腦或手機。據國外媒體報道,他們已經開始與手機製造商和運營商進行合作,希望明年能將正式產品推向市場。

除了用眼神控製手機,用眼睛操控的概念筆記本、眼控相機等產品也已麵世。以眼神的移動軌跡為基礎進行的人機交互方式,是繼 Kinect 之後人機交互界麵的又一次革命。

 

眼睛上的實驗

17 世紀初,人們就開始研究眼睛的運動。1879 年,法國人路易斯·艾米·賈維爾觀察到,人們的眼睛在閱讀文字時,並非像之前猜想的是平滑地一行行掃射,而是每隔幾個字就會有短暫的視覺停留。

於是人們很好奇:閱讀時,眼睛會停留在哪些字上?停留多長時間?

為了研究這個問題,埃德蒙·休伊做出世界上第一個眼睛追蹤器:一個有洞的隱形眼鏡,和一個會根據眼睛活動擺動指針的鋁製指示器相連。但這個追蹤器因為要和眼球接觸,對眼睛的幹擾比較大。另一個芝加哥的家夥托馬斯·巴斯維爾轉換了思路,做出了一個非接觸式的追蹤器,他利用光束照射眼睛,通過在電影膠片上記錄眼睛反射的光記錄眼睛的活動軌跡。他用這個裝置研究人們閱讀和觀看圖片的行為習慣。

到了 1980 年,眼睛追蹤器被用來研究和人機交互有關的問題;比如,研究人員很好奇用戶如何在電腦菜單中搜索命令。最近幾年,人們越來越多運用眼部追蹤器研究用戶如何和不同的計算機界麵互動,結果往往能改變界麵的設計。其他的研究包括用戶如何對待下拉菜單,他們通常將注意力集中在網站的什麽位置,開發人員就會知道該在哪裏設計廣告位。

隨著眼控技術的發展,和人類對視覺生理及心理的了解,基於人類視覺係統(Human Vision System, 簡稱“HVS”)的凝視繪製技術也逐漸成為圖形學的研究熱點。這種技術通過略去不為用戶感知的畫麵區域的圖像細節來提高圖像的繪製和顯示效率。

在研究中,人們普遍達成的共識是,“注意力”和眼睛看在哪並不統一,前者總是比眼睛要領先大約 100-250 微秒;也就是說,人的注意力轉移到新的位置 100-250 微秒後,眼睛才會跟隨其後。

在技術上,眼控技術已經相當成熟,在工業控製、機器人學和臨床醫學領域都有應用,隻是還沒有應用到消費領域。它是基於角膜反射原理,通過光在用戶眼睛角膜上形成高亮度反射點作為參考點,當眼球轉動注視屏幕上不同位置時,由於眼球近似為球體,光斑不動,瞳孔相對光斑發生偏移,利用瞳孔中心和光斑的位置關係就能確定視線方向。目前運用最廣泛的設計是以視頻為基礎的眼睛追蹤器。一個設想鏡頭聚焦在一隻或一雙眼睛上,在觀眾受到某種刺激時記錄它們的變動。眼控技術的核心是算法,如何讓係統迅速準確地“學習”人眼睛的各種行為,這是個挑戰。

 

EyePhone

EyePhone 應該翻譯成“眼機”或者“目機”?似乎都不太好聽。在大觸屏手機廣泛流行之前,有人就開始研究如何用眼睛控製手機了。

美國達特茅斯學院(Dartmouth College)就有一支眼控手機的研發團隊,他們試圖創造一套眼睛追蹤係統,開發以眼睛來控製手機的操作方法。

讓眼睛追蹤係統運用到操作係統裏,重要的是設計一套能夠實現的軟件。首先,你需要校準這個係統,在室內室外不同光線下盯著同一張圖片看,讓軟件學習、識別你的眼睛在不同光照條件下的運動。他們在諾基亞 N810 上做了試驗,設計出一個初始“眼菜單”,屏幕被分為9格,分別對應郵件、接電話、拍照片、日曆、短信等不同功能。當一個人盯著某一塊區域看時,某一個功能區域就被激活高亮顯示,一眨眼,這個功能就被激活。

根據《麻省理工科技評論》雜誌 2010 年的報道,眼控式手機的技術研發已經數年。進行這項技術開發的主要目的,是希望能讓手部殘疾的人克服無法使用電話的障礙。

在這項研究中,整個係統技術含量最高的部分就是自動校正係統,它需要算法優化,提高光學采集精度,實現視線跟蹤,適應外部環境光強度變化,判別眼睛睜、閉狀態等。帶領“EyePhone”研發團隊的安德魯·坎貝爾(Andrew Campbel)教授認為,眼控式手機解放了雙手,不僅僅是殘疾人,每個人都能享受到它帶來的極大便利。但靠眼神操作手機,比在桌上的電腦執行眼控指令更困難,因為使用者和手機都是行動中的物體,而周圍環境也是變幻莫測,如何演算和辨識使用者在不同的狀態下所傳達的眼神收發訊號,是最難解決的問題。

在 2011 年的 Cebit 展上,聯想和瑞典眼控技術公司 Tobbi 聯合發布了一款概念筆記本,特製的長方形感應器能夠追逐眼球的移動軌跡,記錄數據,電腦處理器把這些數據轉化為鼠標控製,整個係統並不會讓眼控的過程感覺十分刻意,也不會像傳統的眼控係統一樣過於敏感或是過於駑鈍。

Tobii 公司成立於 2001 年,是一家專門研發眼動追蹤和眼動控製技術的公司。除了桌麵眼動電腦,他們也在研發一款具備眼控界麵的 windows 平板電腦 C12,用戶可以轉動眼珠來移動 C12 上的鼠標指針,而眨眼則代表點擊。機器裏設置了一個校準界麵,允許多個用戶定義眼控指令。

最近,一位英國皇家藝術學院的畢業生設計了一款用眼睛控製拍攝的概念相機 Iris,整個相機就像一支鏡頭,你從鏡頭中取景,用眼睛對焦,張開/眯起眼睛完成變焦,最後眨眼完成拍攝。

而本文開頭提到的那個丹麥公司“The Eye Tribe”已經融到了一筆 80 萬美元的資金,用於他們的商業拓展。他們專門研究用於平板和手機係統的眼控技術,開發了相應的算法和軟件,團隊中還有一位博士專門研究低成本眼控技術。 “眼動控製會成為智能手機、平板等手持設備交互界麵的下一波潮流,穀歌眼鏡也很可能會用到這個技術。”公司的聯合創始人兼 CEO 蘇恩·約翰遜(Sune A Johnson)對媒體說,他們希望能站在潮流的頂端。

眼控技術引領新型交互方式

       眼控技術和其他新型交互方式將在未來取代以鼠標和鍵盤為主要手段的傳統交互模式。觸摸屏的出現在很大程度上改變了我們使用計算設備的方式,而要想完全摒棄使用了多年的鼠標和鍵盤,也許我們需要眼控技術的幫助。

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未來,眼控技術將成為個人計算設備的控製方式之一。

目前,眼控技術主要應用在醫療相關行業,用於幫助活動不便的殘疾人。而現在,各大企業已經開始競相把這一技術將它植入消費級電子設備,用於遊戲和日常應用當中。

三星、LG等電子巨頭已經把這項技術用在了手機上。這兩家公司新近推出的旗艦級手機可以通過跟蹤用戶的眼球運動來控製視頻的播放與暫停,以及網頁的上下滾動。

不過,它們的技術應用很有限,業界人士也並未將其視為改變遊戲規則的重大革新。

試用過搭載眼控技術的三星Galaxy S4手機的IDC分析師弗朗西斯科·傑羅尼莫(Francisco Jeronimo)表示,這一技術很有趣,不過體驗上還有不足。

由三名工程師2001年創立於斯德哥爾摩的Tobii TechnologyAB公司希望把眼控技術推向大眾消費者。

該公司創始人兼CEO亨利克·愛斯基爾森(Henrik Eskilsson)表示,他相信未來各種計算設備都將整合眼控技術。

該公司計劃於今年秋天起發售其眼控設備REX,它可以被安裝在顯示器下方,通過USB線和主機相連。Tobii的初步計劃是把REX作為安裝了Windows 8係統的PC的附件,未來將把它推廣到筆記本和平板電腦上。

REX的原理是向人眼發射紅外線,然後追蹤眼球反射的光線,以探測人眼的觀察方向,它的精度可達毫米級。用戶需要坐在REX一米之內,並對它進行校準。

愛斯基爾森認為,遊戲將是最早結合眼控技術的應用之一,該公司正和一些遊戲開發商合作。他還演示了一個名為EyeAsteroids的遊戲。

Windows 8用戶也可以通過REX來完成鼠標移動和頁麵拖拽等日常操作。

愛斯基爾森指出,觸摸操作直觀且高效,但需要用戶把設備拿在手裏。這種操作方式並不適合台式機和筆記本。

不過,眼控技術也有不足,用戶難以通過它來完成點擊鏈接等操作。

愛斯基爾森說,眼控技術長於指向,但卻短於點擊,因此,眼控不會是未來唯一的交互手段,但卻可以和其他新型交互方式協同。

微軟Kinect和任天堂Wii等體感操作工具已問世多年,蘋果的語音助手Siri也已堪用。創業公司Leap Motion的動作感應設備已開始接受訂單,它可以精確跟蹤用戶手勢,並在屏幕上作出反應。

英特爾公司也認為,鍵盤和鼠標將在未來讓位於更加直觀的操作方式,該公司去年以2100萬美元收購了Tobii公司10%的股份。英特爾還向獨立開發者提供了新的開發工具包,供其開發支持語音命令、手勢動作和眼控技術的PC應用。英特爾主導著PC芯片市場,也是超極本的主推者,不少超極本都搭載了觸摸屏。

高成本是眼控技術的推廣障礙之一。5年前,一套軟硬件眼控設備成本高達1萬美元,而目前其成本仍在1000美元左右。

Tobii尚未公布REX的零售價,但它表示,REX針對的是發燒友而不是普通用戶。該公司目前的主要業務是營銷工具銷售和幫助殘疾人操作電腦的眼控設備。

“一年以內,市場上必定會出現對於普通用戶而言價格較為合理的(眼控技術)解決方案,”愛斯基爾森說。

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閱讀 ()評論 (2)
評論
newMan 回複 悄悄話 It needs big eyes. It won't work for most of Chinese eyes.
fagucai 回複 悄悄話 俺覺得很難,應實際情況突發性的東西很難掌握。聲控更靠譜。
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