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最近，快包平臺上迎來了幾個大項目，是關于智能眼鏡方案的，由于這些任務有一點的開發難度，目前雇主仍在尋找最適合的競標團隊，力求最快最好地保證項目完成。本期小編透過市場上常見智能眼鏡交互技術的原理，給雇主與服務商一些選擇上的幫助。
智能眼鏡，也稱智能鏡，是指“像智能手機一樣，具有獨立的操作系統，可以由用戶安裝軟件、游戲等軟件服務商提供的程序，可通過語音或動作操控完成添加日程、地圖導航、與好友互動、拍攝照片和視頻、與朋友展開視頻通話等功能，并可以通過移動通訊網絡來實現無線網絡接入的這樣一類眼鏡的總稱”。
它是最近幾年被提出而且是最被看好的可穿戴智能設備之一。其具有使用簡便，體積較小等，特點公眾普遍認為智能眼鏡的出現將會方便人們的生活，因此它得到了谷歌，微軟等重點研發，被視為未來智能科技產品的重要增長點。
智能眼鏡的交互性非常強，應用于其中比較廣泛的三種交互方式是語音控制、手勢識別和眼動跟蹤。
語音控制
在人們的日常交流中，說話是最常用的方式，將語音交互引入可穿戴領域，那人們將能夠享受到更加自然和輕松的交互體驗。語音控制即是讓計算設備能聽懂人說的話，還能根據人的說話內容去執行相應的指令。對于體積小、佩戴在身體上的智能眼鏡來說，語音控制是行之有效的交互方式。
語音控制原理
語音控制中最核心部分是對語音的識別技術。骨傳導技術能完成對語音的高效識別和傳輸，多款智能眼鏡均采用了此項技術。以Buhel的Sound Glass為例，Sound Glass中配備了間接骨傳導傳感器。他的每個鏡腿內各有一個發聲變頻器，變頻器振動時產生的聲音能夠通過用戶頭部側面的骨頭傳遞到內耳，這樣用戶就可以聽到聲音了.語音控制雖然是智能眼鏡中重要的交互方式，但語音控制卻碰到了不少難題。
語音控制的缺陷
首先，對語音信號的提取有著不少的干擾因素，例如個體間的發聲差異以及自身語調的變化、不同地區以及文化背景不同的人們說話方式的區別、環境的噪聲對語音信號的干擾等，以上這些因素都會對語音信號的提取產生不利影響。其次，語音識別的效率和速度還有待提高，這兩點直接影響著語音控制在智能眼鏡中的應用價值，是應用價值的重要的衡量指標。另外，用戶對語音控制的期望很高，但實際情況是語音控制還不能滿足用戶的需求，例如當用戶使用谷歌眼鏡發起語音控制命令時，用戶必須嚴格地按照谷歌眼鏡提供的標準方式發出，當用戶要打電話時，必須說”ok glass,make a call to...”，而更習慣的方式”ok glass,call.”則完全無效。
手勢識別
以手勢作為輸入，完成以智能眼鏡的交互功能，優勢在于采用了非接觸式方式。手勢識別技術從簡單粗略到復雜精細可以分為三個種類：二維的手型識別、二維的手勢識別、三維的手勢識別。三維手勢識別跟二維手勢識別的區別在于三維手勢識別的輸入信息還包含著深度信息，智能眼鏡采用三維手勢識別能實現更多更復雜的交互方式。
手勢識別原理及傳感器
三維手勢識別要用到深度信息，能夠識別各種手勢、手型和動作。要獲取深度信息就要用到特別的硬件，在配合上識別算法就能實現三維手勢識別了。接下來，介紹幾款手勢識別專用的傳感器：TMG399，該產品是非接觸式光學IR手勢識別傳感器，配備有手勢識別、環境光檢測、接近感知和顏色感知的四合一傳感器模塊；MGC3130，微芯科技推出的3D手勢識別芯片，在其電場的作用下，無需接觸就能感應手勢，能夠在15cm的距離以內按150dpi的高精度確定坐標位置；MYO，初創公司Thalmic Labs的產品，它是一個戴在手臂上的臂環；16Lab，這是一款用于手勢控制的智能戒指，內置有慣性傳感器模塊、處理器和低功耗藍牙模塊。
手勢識別缺陷
但手勢識別在應用于智能眼鏡的過程中也暴露出一些缺陷。首先，手勢識別的精度偏低，定位還不夠精準，由于每一個人的手結構都不盡相同，很難通過捕捉手的動作實現精準的定位。其次，手勢識別的關鍵是對手指特征的提取，在繁雜的背景下要能夠準確分辨出目標的特征，但對于手勢遭到遮擋的情況或者對冗余信息的去除等方面，目前來說仍是難以攻克的難題。
眼動跟蹤
眼動跟蹤即是對眼睛的注視點或者是眼鏡相對于頭部的運動狀態進行測量的過程。谷歌眼鏡能夠通過眼動跟蹤技術感知到用戶的情緒，來判斷用戶對注視的廣告的反應。
眼動跟蹤原理
現目前，用于智能眼鏡的眼動跟蹤測量技術主要是基于圖像和視頻測量法，該方法囊括了多種測量可區分眼動特征的技術，這些特征有鞏膜和虹膜的異色邊沿、角膜反射的光強以及瞳孔的外觀形狀等。基于圖像、結合瞳孔形狀變化以及角膜反射的方法在測量用戶視線的關注點中應用很廣泛。
眼動跟蹤缺陷
雖然眼睛是身體當中接收信息最廣和最快的方式，但眼動跟蹤卻離人性化的交互方式有很大差距。由于眼睛本身存在固有的眨動以及抖動等特點，會產生很多的干擾信號，可能會造成數據的中斷，這樣會導致從眼動信息中提取到準確數據的難度大大升高。
智能眼鏡的方案分類與工作流程
目前市場上智能眼鏡的方案并不完善，根據用途上分，大體可以分為民用和軍用兩大類，按照這兩類，得出兩種典型的設計方案。
民用型方案
民用型智能眼鏡方案設計的重點是： 輕便、娛樂功能強、造價低廉。從輕便和牢固的角度考慮，本方案采用環形頭箍式結構設計，這樣兼顧了輕便和運動時需要的一定牢固的要求，其外形結構見圖1。民用型方案功能多樣、結構復雜，在輕便的要求下各功能部件必須小型化甚至微型化。
圖1 民用型智能眼鏡方案
Fig．1 Design scheme of civil intelligent glasses
在圖1中，高性能電池需要固定在頭箍帶上，位于人耳的后邊，這種結構考慮到了對眼睛的保護( 手機鋰電池爆炸的概率雖然小，但畢竟真實存在) 。同時，在陽光充足的情況下，備用太陽能電池的配合充電，可以有效地增加智能眼鏡的供電時間，從而降低主電池的容量和體積。人耳之前的溫度、壓敏等傳感器，可以有效地測量人體體征，以獲得人體健康數據。位于鏡片中間上邊的X 光投射器，可以提供醫學檢測。
民用型方案一個顯著的特點是采用了雙攝像頭設計。拉桿式結構的攝像頭可0° ～ 360°旋轉，這種設計主要是為了視頻通話時，攝像頭能夠清晰地攝取到用戶的面貌。雙攝像頭設計的最終目的是為智能眼鏡系統提供3D 手勢輸入，同時為3D 影像制作創造條件( 最新的谷歌概念手機已經采用了4 個攝像頭以獲取3D 手勢信息) 。此外，智能眼鏡系統還為用戶提供觸控板輸入和語音輸入，以耳機為軸心的麥克風為系統提供清晰的語音輸入，眼鏡鏡片中間上邊的激光投影，為將來的激光鍵盤輸入提供可能。
軍用型方案
軍用型方案采用一體式頭盔結構設計，這種結構主要是考慮飛行員使用，而作戰、反恐單兵也可以采用此類設計，軍用型智能眼鏡的結構如圖2 所示。
圖2 軍用型智能眼鏡方案
Fig．2 The design scheme of military intelligent glasses
相比民用型智能眼鏡來說，軍用型智能眼鏡的功能要少一些，但其顯著的優點是結實牢固，可靠性高。考慮到飛行員的佩戴舒適性，頭盔宜采用重量較輕的材料制作，某些特種材料的頭盔可以保護彈片之類外來的傷害，具備了移動互聯功能的智能眼鏡，享有大數據信息服務，作戰時可以通過網絡共享敵我雙方信息和協同信息交互。此外，在夜晚或者雨霧天氣，軍用型智能眼鏡可以借助于紅外夜視儀進行遠距離探視。
在通用航空方面，對于沒有平視顯示器( HUD) 的輕型通航飛機，這樣的頭盔式智能眼鏡基本上可以當作HUD 使用，而且它有著HUD 所不具備的強大功能。
當前圖像識別技術不斷發展，對地面、空中目標的圖像特征識別已經日趨成熟，通過智能眼鏡內置的軟硬件處理，便可實現對地面、空中目標的識別，以及反恐場合下對罪犯臉譜的識別。
與此同時，關于敵方威脅目標接近一定距離時的智能告警，以及周圍環境條件、士兵身體健康狀態等信息均可以通過智能眼鏡以聲音和圖像的方式提醒用戶，并經過專家智能決策系統處理后給出應對方案。
智能眼鏡的工作流程
無論是民用型還是軍用型智能眼鏡，其工作流程通常是首先選擇工作模式，然后根據不同的工作模式，綜合外界各種輸入信號和操作，進行顯示和處理。民用型智能眼鏡的一般工作流程如圖3 所示。
圖3 智能眼鏡的工作流程
Fig.3 Work flow of intelligent glasses
圖3 所示為民用型智能眼鏡的通用工作流程，而專業的醫療型、軍用型智能眼鏡同樣有類似的工作流程，以及相應的處理方式和內容。
主要功能構想
根據智能眼鏡使用的場景和需求分析可知，不同的智能眼鏡有其相應的配套功能。同時，為了保證系統的運行速度，同種智能眼鏡在不同的工作模式下也需要盡量刪減去不必要的功能觸發和后臺運行。民用型和軍用型智能眼鏡的功能矩陣見表3。以民用型智能眼鏡為例，智能眼鏡可能的技術要求如下所述。
1：接口：藍牙、WI-FI、3．5mm耳機插孔、語音輸入、激光投影鍵盤、觸控板、3D手勢輸入、眼部傳感器技術、HDMI 輸出等。
2：安全保護： 虹膜識別+ 語音識別等。
3：音頻、視頻播放，高保真耳機、雙高清攝像頭，
3：影像制作。
4：操作系統： Android 或iOS 或WPhone 可選。
5：網絡模式： GSM，TD-SCDMA，WCDMA，TDLTE，FDD-LTE，2G，3 G，4G 網絡兼容。
6：GPS + 北斗定位。
7：傳感器： 溫度、壓敏、光線等傳感器。
8：NFC(近距離非接觸智能芯片)快速名片交換、移動支付。
9：配套設備：全鍵盤輸入設備(通過藍牙或2．4G技術)。
10：更換鏡片： 雙鏡片可直接觀看1 080P 分辨率3D 影像( 含近視、遠視矯正) ，偏振用于觀看其他3D影視，偏光、透光用于保護眼睛，紅外鏡片用于夜視，X射線鏡片用于醫療。
11：鏡片模式： 工作模式、無效模式( 相當于普通眼鏡) 。
12：供電： 高性能大容量電池+ 太陽能電池。
