Eye-tracking-briller giver en ny vision for fremtiden for augmented reality

Batterifri eye-tracking-briller udviklet på Dartmouth College kan skabe en endnu mere realistisk oplevelse for augmented reality-entusiaster. Den nye teknologi forbedrer spillerkontrol til spil og giver mulighed for mere nøjagtig billedvisning.

Højt strømforbrug og høje omkostninger har holdt eyetrackere ude af nuværende augmented reality-systemer. Ved at bruge nær-infrarøde lys og fotodioder, Dartmouths DartNets Lab har skabt en energieffektiv, bærbart system, der sporer hurtige øjenbevægelser og tillader håndfri indtastning af systemkommandoer.

Brillerne, som også kan hjælpe med at overvåge menneskers sundhed, introduceres på MobiCom 2018, der finder sted fra den 29. oktober til den 2. november i New Delhi, Indien.

"Dette er et spændende fremskridt for spillere, udviklere og andre brugere af smarte briller, " sagde Xia Zhou, en lektor i datalogi ved Dartmouth og projektleder, "det er den første eyetracker nogensinde, der kan passe ind i dine hverdagsbriller og køre uden batterier."

Brug af øjnene som effektive input-enheder i menneske-til-computer interaktionssystemer som videospil kræver præcisionssporing af hurtige øjenbevægelser på sub-millimeter niveau. Ideelle sporingsenheder bør være bærbare og forbruge lave niveauer af strøm for at eliminere hyppig opladning. Indtil nu, et sådant system har ikke eksisteret.

Ifølge Dartmouth-forskerholdet, eksisterende bærbare eyetrackere kommer til kort hovedsageligt på grund af manglende evne til at matche høj sporingsydelse med lavt energiforbrug. De fleste trackere bruger kameraer til at tage øjenbilleder, kræver intensiv billedbehandling og resulterer i høje omkostninger og behov for klodsede eksterne batteripakker.

"Vi tog en minimalistisk tilgang, der virkelig betaler sig i strømforbrug og formfaktor, " sagde Tianxing Li, en ph.d. studerende ved Dartmouth og forfatter til forskningspapiret. "Det nye system åbner en bred vifte af anvendelser til eye-tracking-applikationer."

For at få Dartmouth-systemet til at fungere, forskere havde brug for at opdage banen, hastighed, og acceleration af øjets pupil uden kameraer. Nær-infrarøde lys bruges til at belyse øjet fra forskellige retninger, mens fotodioder registrerer mønstre af reflekteret lys. Disse refleksioner bruges til at udlede elevens position og diameter i realtid gennem en letvægtsalgoritme baseret på overvåget læring.

Prototypen blev bygget med hyldevarekomponenter og integreret i et almindeligt par briller, der sporer fire stadier af øjenbevægelse kendt som fiksering, glat forfølgelse, saccade og blinkende. Eksperimenter viste, at systemet opnår super høj nøjagtighed med lav fejl for pupilsporing.

"Ved at detektere typen af ​​øjenbevægelser, systemet kan tilpasse sansning og beregning. Nogle bevægelser har forudsigelige baner, giver systemet mulighed for at udlede den efterfølgende pupilposition og minimerer energiforbruget." sagde Li.

Med strømforbrug, der er hundredvis af gange lavere end nuværende systemer, Dartmouth eye tracker kan drives af energi høstet fra indendørs belysning, hvilket betyder, at der ikke kræves batterier. Det batterifrie eye-tracker-system er også nemmere at integrere i et almindeligt par briller.

Ifølge papiret:"Selvom høst af solenergi er blevet undersøgt indgående i litteraturen, så vidt vi ved, der har ikke været systematiske målinger med opsætninger, der ligner vores." Layoutet af Dartmouth eye-tracker-systemet er gjort unikt ved placeringen af ​​solceller lodret på siden af ​​brillernes arme for at høste energi fra indendørs belysning under forskellige brugere aktiviteter.

Lavprissystemet kan bruges til augmented reality-spil- og displaysystemer. Ved at give mulighed for mere præcise målinger af øjenposition, systemet kan en dag eliminere behovet for håndkontrollere og kan resultere i mere effektiv gengivelse af billeder ved hjælp af displaysystemer, hvilket betyder billeder i højere kvalitet.

Undersøgelsen blev udelukkende udført indendørs, fordi stærkt infrarødt lys udendørs kan mætte lyssensorer i den nuværende prototype. Fremtidig forskning omfatter tilpasning af lyssensorforstærkningen i systemet til udendørs brug og forbedring af detektering af visse hurtige øjenbevægelser.

Med flere fremskridt, kontinuerlig øjensporing kan også bruges til at identificere sundhedsproblemer som psykiske lidelser, at opdage kognitive tilstande som træthed, og at vurdere effektiviteten af ​​kliniske behandlinger. Fremtidige modeller vil også blive optimeret til et mere miniaturiseret look og endnu bedre integration i almindelige briller med forskellige former.