幾十年來，鍵盤和鼠標一直是我們操控電腦的傳統工具。隨著智能手機、平ping板ban電dian腦nao等deng移yi動dong設she備bei的de誕dan生sheng，人ren們men需xu要yao借jie助zhu新xin技ji術shu來lai與yu這zhe類lei沒mei有you配pei備bei鍵jian盤pan和he鼠shu標biao的de微wei型xing計ji算suan機ji進jin行xing有you效xiao交jiao流liu。由you此ci，觸chu摸mo屏ping成cheng為wei了le一yi項xiang關guan鍵jian技ji術shu，使shi得de這zhe些xie電dian子zi產chan品pin更geng加jia友you好hao。而er語yu音yin識shi別bie技ji術shu的de加jia入ru
，則ze使shi其qi更geng為wei直zhi觀guan。

 

 

隨sui著zhe物wu聯lian網wang的de普pu及ji
，我wo們men需xu要yao交jiao互hu的de電dian子zi設she備bei的de數shu量liang也ye將jiang與yu日ri俱ju增zeng。智zhi能neng家jia居ju便bian是shi一yi個ge典dian型xing示shi例li，聲sheng控kong恒heng溫wen器qi已yi開kai始shi運yun用yong其qi中zhong。未wei來lai
，我wo們men還hai可ke以yi直zhi接jie與yu機ji器qi人ren進jin行xing交jiao互hu。除chu交jiao互hu式shi工gong業ye機ji器qi人ren之zhi外wai
，家jia庭ting助zhu理li機ji器qi人ren和he醫yi療liao助zhu理li機ji器qi人ren也ye在zai研yan發fa當dang中zhong。而er今jin，設she備bei可ke以yi通tong過guo觸chu摸mo屏ping接jie收shou指zhi令ling，也ye可ke以yi通tong過guo內nei置zhi式shi耳er機ji收shou聽ting指zhi令ling。借jie助zhu眼yan動dong追zhui蹤zong係xi統tong，它ta們men還hai能neng檢jian測ce到dao用yong戶hu正zheng在zai注zhu視shi的de對dui象xiang
，從cong而er預yu測ce用yong戶hu的de下xia一yi步bu意yi圖tu。這zhe將jiang為wei直zhi觀guan的de人ren機ji交jiao互hu開kai啟qi無wu限xian可ke能neng。

 

 

眼動追蹤係統可以檢測人的眼球運動以及注視方向。起初，人們開發眼動追蹤係統是出於市場調研
、xingweifenxiheheyongxingyanjiudemude。ciwai，zaibangzhunaxieshuangshouwufacaozuodiannaodeyonghufangmian
，tamendeyingyongyiyouyiduanshijian。qizhongxuduoxitongshiyonghongwaiguangzhaosheyonghuyanjing，bingtongguoshexiangjihuoqutuxiang，ranhougenjutuxiangshujujisuanyanqiuyundong。yinci，zhexiexitongxuyaotezhidegaozhiliangshexiangji、光源和軟件，有時還需要加裝硬件加速器來處理海量的圖像數據。

 

而今天，借助極其強大的芯片、緊湊型攝像傳感器和新型的大功率LED，keyijiangyandongzhuizonggongnengjichengdaozhinengshoujidengdianzishebeishang。qishi
，xuduodianzishebeishangdoudazaileshexiangchuanganqihehongwaiguangyuan，zhibuguotamenshiyonglaishixianmianbushibie
、虹膜識別等其他功能。因此，接下來需要有的就是一款合適的軟件，來將眼動追蹤作為一個附加功能加以集成。

 

 

目(mu)前(qian)

，各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)均(jun)在(zai)開(kai)發(fa)各(ge)種(zhong)創(chuang)新(xin)概(gai)念(nian)，意(yi)在(zai)促(cu)進(jin)眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)用(yong)作(zuo)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)人(ren)機(ji)接(jie)口(kou)。在(zai)具(ju)有(you)眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)功(gong)能(neng)的(de)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)和(he)平(ping)板(ban)電(dian)腦(nao)的(de)屏(ping)幕(mu)上(shang)
，已(yi)經(jing)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)視(shi)線(xian)接(jie)觸(chu)激(ji)活(huo)圖(tu)標(biao)或(huo)移(yi)動(dong)遊(you)戲(xi)人(ren)物(wu)。具(ju)有(you)眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)功(gong)能(neng)的(de)遊(you)戲(xi)電(dian)腦(nao)能(neng)使(shi)玩(wan)家(jia)在(zai)遊(you)戲(xi)場(chang)景(jing)中(zhong)更(geng)為(wei)身(shen)臨(lin)其(qi)境(jing)。在(zai)一(yi)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)，玩(wan)家(jia)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)眼(yan)球(qiu)動(dong)作(zuo)控(kong)製(zhi)遊(you)戲(xi)人(ren)物(wu)的(de)視(shi)角(jiao)

，而(er)無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)鼠(shu)標(biao)或(huo)觸(chu)控(kong)板(ban)。眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)同(tong)樣(yang)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)常(chang)規(gui)電(dian)腦(nao)，如(ru)通(tong)過(guo)眼(yan)球(qiu)動(dong)作(zuo)實(shi)現(xian)文(wen)檔(dang)滾(gun)動(dong)查(zha)看(kan)。

 

此ci外wai，在zai智zhi能neng家jia居ju行xing業ye，有you多duo種zhong方fang式shi可ke以yi通tong過guo眼yan動dong追zhui蹤zong技ji術shu與yu各ge種zhong設she備bei進jin行xing交jiao互hu。例li如ru，具ju有you眼yan動dong追zhui蹤zong功gong能neng的de智zhi能neng電dian視shi已yi經jing問wen世shi。汽qi車che領ling域yu也ye已yi提ti出chu這zhe些xie係xi統tong的de潛qian在zai應ying用yong，其qi中zhong的de一yi個ge典dian型xing示shi例li便bian是shi駕jia駛shi員yuan活huo動dong助zhu理li係xi統tong，它ta可ke以yi監jian測ce駕jia駛shi員yuan的de眼yan球qiu活huo動dong，從cong而er及ji時shi檢jian測ce到dao疲pi勞lao駕jia駛shi的de信xin號hao。眼yan動dong追zhui蹤zong功gong能neng也ye可ke以yi用yong於yu監jian測ce駕jia駛shi員yuan的de注zhu視shi方fang向xiang，從cong而er確que定ding其qi正zheng專zhuan注zhu前qian方fang路lu況kuang還hai是shi注zhu意yi力li分fen散san。這zhe類lei信xin息xi將jiang有you助zhu於yu避bi免mian道dao路lu上shang出chu現xian緊jin急ji情qing況kuang。

 

圖1：視線接觸激活圖標。眼動追蹤結合現有的輸入功能，開啟了全新的電子設備操控方式。

 

 

上述應用中的新型眼動追蹤係統基於紅外LED（IRED）hegaofenbianlvshexiangchuanganqiersheji，tamenfenbieyongyuzhaosherenyanhejiluyanqiufanshedeguangxian。ranhou，youtuxiangchulisuanfagenjuzhexieyuanshishujujisuantongkongdeweizhi（圖2），再(zai)由(you)專(zhuan)用(yong)軟(ruan)件(jian)利(li)用(yong)屏(ping)幕(mu)等(deng)參(can)照(zhao)物(wu)的(de)位(wei)置(zhi)信(xin)息(xi)確(que)定(ding)用(yong)戶(hu)所(suo)注(zhu)視(shi)的(de)具(ju)體(ti)位(wei)置(zhi)。不(bu)管(guan)眼(yan)睛(jing)是(shi)什(shen)麼(me)顏(yan)色(se)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)黑(hei)暗(an)中(zhong)或(huo)屏(ping)幕(mu)背(bei)光(guang)非(fei)常(chang)明(ming)亮(liang)時(shi)，紅(hong)外(wai)照(zhao)明(ming)均(jun)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)虹(hong)膜(mo)與(yu)瞳(tong)孔(kong)之(zhi)間(jian)所(suo)需(xu)的(de)對(dui)比(bi)度(du)。

 

圖2：眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)紅(hong)外(wai)光(guang)照(zhao)射(she)人(ren)眼(yan)，並(bing)利(li)用(yong)攝(she)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)捕(bu)捉(zhuo)圖(tu)像(xiang)。所(suo)捕(bu)捉(zhuo)的(de)圖(tu)像(xiang)數(shu)據(ju)用(yong)於(yu)確(que)定(ding)瞳(tong)孔(kong)的(de)位(wei)置(zhi)，並(bing)用(yong)來(lai)計(ji)算(suan)用(yong)戶(hu)注(zhu)視(shi)的(de)方(fang)向(xiang)。

 

這些係統目前的最遠探測距離是一米。智能手機和平板電腦的工作距離通常在30cm左右，而台式電腦則通常在60cm左右。屏幕分辨率與眼睛的光柵尺寸相對應，平板電腦約為1cm，電腦則約為2cm。所用紅外LED的de數shu量liang以yi及ji發fa射she器qi和he攝she像xiang頭tou的de具ju體ti排pai列lie取qu決jue於yu應ying用yong的de類lei型xing
，即ji工gong作zuo距ju離li的de長chang短duan和he覆fu蓋gai麵mian積ji的de大da小xiao。此ci外wai，設she置zhi還hai會hui因yin所suo采cai用yong的de眼yan動dong追zhui蹤zong軟ruan件jian而er有you所suo不bu同tong，這zhe是shi因yin為wei幾ji何he設she計ji也ye要yao看kan各ge種zhong算suan法fa能neng否fou可ke靠kao地di檢jian測ce瞳tong孔kong的de轉zhuan向xiang。一yi般ban而er言yan
，發fa射she器qi和he攝she像xiang傳chuan感gan器qi需xu要yao按an特te定ding角jiao度du進jin行xing布bu局ju，彼bi此ci之zhi間jian需xu保bao持chi一yi定ding距ju離li
，以yi避bi免mian收shou到dao眼yan鏡jing的de眩xuan光guang或huo者zhe光guang線xian從cong眼yan球qiu到dao傳chuan感gan器qi的de直zhi接jie反fan射she。距ju離li越yue大da
，信xin號hao質zhi量liang越yue好hao

，用yong戶hu與yu設she備bei間jian最zui佳jia距ju離li的de選xuan擇ze空kong間jian就jiu越yue靈ling活huo。。

 

 

不(bu)同(tong)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)特(te)定(ding)波(bo)長(chang)的(de)虹(hong)膜(mo)掃(sao)描(miao)儀(yi)

，眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)光(guang)譜(pu)範(fan)圍(wei)內(nei)運(yun)行(xing)。通(tong)常(chang)，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)借(jie)助(zhu)現(xian)有(you)的(de)虹(hong)膜(mo)掃(sao)描(miao)或(huo)麵(mian)部(bu)識(shi)別(bie)係(xi)統(tong)，並(bing)搭(da)配(pei)波(bo)長(chang)為(wei)850nm或810nm的IRED。人眼可感知到波長為850nm的IRED所發出的微弱紅外光。許多眼動追蹤解決方案製造商更傾向於采用940nm的IRED，因為裸眼看不到這種光。然而，940nm設計現在還存在弊端：目前通用的攝像傳感器針對可見光進行了優化
，但在紅外光譜範圍內靈敏度則較低。波長為940nm時，靈敏度降低十分明顯（圖3），因此需要增強紅外照射
，以達到與850nm光源一樣的信號強度。鑒於紅外照明的廣泛應用，攝像頭製造商正在研發紅外靈敏度高的新版本。

 

圖3：在850nm和940nm之間時，針對可見光優化過的標準攝像傳感器的靈敏度大幅度下降。配備940nm IRED的眼動追蹤係統的優勢在於它幾乎不會被人眼所感知。大多數情況下，需要使用更高的工作電流來補償下降的信號水平。

 

理li想xiang狀zhuang態tai下xia，雙shuang眼yan應ying位wei於yu攝she像xiang傳chuan感gan器qi的de捕bu捉zhuo區qu域yu內nei。整zheng個ge眼yan球qiu需xu被bei均jun勻yun照zhao射she
，這zhe一yi點dian很hen重zhong要yao。所suo需xu紅hong外wai光guang照zhao射she強qiang度du取qu決jue於yu工gong作zuo距ju離li，即ji便bian對dui於yu移yi動dong設she備bei，也ye可ke能neng需xu要yao數shu瓦wa的de功gong率lv。為wei盡jin量liang減jian少shao大da工gong作zuo電dian流liu下xia的de熱re輸shu出chu，發fa射she器qi是shi在zai脈mai衝chong模mo式shi下xia工gong作zuo。盡jin管guan如ru此ci
，熱re管guan理li仍reng是shi設she計ji重zhong點dian之zhi一yi，在zai更geng輕qing薄bo的de智zhi能neng手shou機ji和he平ping板ban電dian腦nao中zhong尤you為wei如ru此ci。因yin此ci

，IRED效率是除光輸出外的另一個重要因素。效率越高，產生的熱就越少。

 

針對這類應用，歐司朗特別開發了Oslon Black係列產品，其中
，SFH 4715A的光電效率達到創紀錄的48%。這款850nm發射器在1A工作電流下的典型光輸出為770mW
，是目前此工作電流下效率最高的IRED。如果需要，還可以采用納米堆疊技術，在一顆芯片上提供兩個發射中心，堆疊布置
，從而獲得更高的輸出。工作電流為1A時，SFH 4715AS的典型光輸出為1340mW。它提供90度和150度發射角兩種版本
，涵蓋許多不同的設計。Oslon Black版本在1A工作電流下光輸出為990mW，是理想的940nm光源。

 

圖4：Oslon Black SFH 4715AS的波長為850nm，是迄今為止功率最大的IRED。工作電流為1A時，其發光功率為1340mW。得益於其纖薄的外形
，其不僅能安裝在最新的智能手機中，還可以用於下一代設備。

 

Oslon Black的一個特性是其器件高度僅為2.3mm，因此它不僅適用於今天的智能手機，也適用於下一代更為纖薄的電子設備。

 

xiangqitahongwaiguangyuanyingyongyiyang，yandongzhuizongxitongbixufuherenyananquanbiaozhun。putongyonghujiechudehongwaifusheliangxiangduijiaodi。raner，jishurenyuanjinjuliguankanhongwaiguangyuanshixuliuyifengxian。yandongzhuizongxitongshangguanlianyouyigejiejinchuanganqi，kequebaozaizhezhongqingkuangxiaIRED能自動關閉。有關光學係統安全設計的詳細信息，可參閱《歐司朗人眼安全應用注釋》等文獻。

 

womenzhouweiyoutaiduofuzadedianzishebei，xuyaoyouxindejishulaishixianzhiguanderenjijiaohu。hongwaizhaomingheshexiangchuanganqiweijiaohujishudiandinglelianghaodejichu，shishebeineng“看到”用yong戶hu並bing理li解jie他ta們men的de意yi圖tu。眼yan動dong追zhui蹤zong示shi例li展zhan示shi了le如ru何he在zai硬ying件jian基ji礎chu上shang通tong過guo軟ruan件jian方fang案an實shi現xian新xin的de交jiao互hu類lei型xing。硬ying件jian組zu件jian的de創chuang新xin也ye正zheng驅qu動dong著zhe這zhe一yi發fa展zhan。例li如ru
，采cai用yong波bo長chang為wei940nm的光源便是其中一種發展趨勢。因此，歐司朗也在不斷擴展在人臉識別、眼動追蹤等應用方麵的產品組合。

 

本文轉載自電子技術設計，作者：Christoph Goeltner，歐司朗(OSRAM)光電半導體產品經理。