最近，快包平臺(tái)上迎來了幾個(gè)大項(xiàng)目，是關(guān)于智能眼鏡方案的，由于這些任務(wù)有一點(diǎn)的開發(fā)難度，目前雇主仍在尋找最適合的競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì)，力求最快最好地保證項(xiàng)目完成。本期小編透過市場(chǎng)上常見智能眼鏡交互技術(shù)的原理，給雇主與服務(wù)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(jī)一樣，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，可以由用戶安裝軟件、游戲等軟件服務(wù)商提供的程序，可通過語(yǔ)音或動(dòng)作操控完成添加日程、地圖導(dǎo)航、與好友互動(dòng)、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(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)備之一。其具有使用簡(jiǎn)便，體積較小等，特點(diǎn)公眾普遍認(rèn)為智能眼鏡的出現(xiàn)將會(huì)方便人們的生活，因此它得到了谷歌，微軟等重點(diǎn)研發(fā)，被視為未來智能科技產(chǎn)品的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。

智能眼鏡的交互性非常強(qiáng)，應(yīng)用于其中比較廣泛的三種交互方式是語(yǔ)音控制、手勢(shì)識(shí)別和眼動(dòng)跟蹤。

語(yǔ)音控制

在人們的日常交流中，說話是最常用的方式，將語(yǔ)音交互引入可穿戴領(lǐng)域，那人們將能夠享受到更加自然和輕松的交互體驗(yàn)。語(yǔ)音控制即是讓計(jì)算設(shè)備能聽懂人說的話，還能根據(jù)人的說話內(nèi)容去執(zhí)行相應(yīng)的指令。對(duì)于體積小、佩戴在身體上的智能眼鏡來說，語(yǔ)音控制是行之有效的交互方式。

語(yǔ)音控制原理

語(yǔ)音控制中最核心部分是對(duì)語(yǔ)音的識(shí)別技術(shù)。骨傳導(dǎo)技術(shù)能完成對(duì)語(yǔ)音的高效識(shí)別和傳輸，多款智能眼鏡均采用了此項(xiàng)技術(shù)。以Buhel的Sound Glass為例，Sound Glass中配備了間接骨傳導(dǎo)傳感器。他的每個(gè)鏡腿內(nèi)各有一個(gè)發(fā)聲變頻器，變頻器振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的聲音能夠通過用戶頭部側(cè)面的骨頭傳遞到內(nèi)耳，這樣用戶就可以聽到聲音了.語(yǔ)音控制雖然是智能眼鏡中重要的交互方式，但語(yǔ)音控制卻碰到了不少難題。

語(yǔ)音控制的缺陷

首先，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的提取有著不少的干擾因素，例如個(gè)體間的發(fā)聲差異以及自身語(yǔ)調(diào)的變化、不同地區(qū)以及文化背景不同的人們說話方式的區(qū)別、環(huán)境的噪聲對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的干擾等，以上這些因素都會(huì)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的提取產(chǎn)生不利影響。其次，語(yǔ)音識(shí)別的效率和速度還有待提高，這兩點(diǎn)直接影響著語(yǔ)音控制在智能眼鏡中的應(yīng)用價(jià)值，是應(yīng)用價(jià)值的重要的衡量指標(biāo)。另外，用戶對(duì)語(yǔ)音控制的期望很高，但實(shí)際情況是語(yǔ)音控制還不能滿足用戶的需求，例如當(dāng)用戶使用谷歌眼鏡發(fā)起語(yǔ)音控制命令時(shí)，用戶必須嚴(yán)格地按照谷歌眼鏡提供的標(biāo)準(zhǔn)方式發(fā)出，當(dāng)用戶要打電話時(shí)，必須說”ok glass,make a call to...”，而更習(xí)慣的方式”ok glass,call.”則完全無效。

手勢(shì)識(shí)別

以手勢(shì)作為輸入，完成以智能眼鏡的交互功能，優(yōu)勢(shì)在于采用了非接觸式方式。手勢(shì)識(shí)別技術(shù)從簡(jiǎn)單粗略到復(fù)雜精細(xì)可以分為三個(gè)種類：二維的手型識(shí)別、二維的手勢(shì)識(shí)別、三維的手勢(shì)識(shí)別。三維手勢(shì)識(shí)別跟二維手勢(shì)識(shí)別的區(qū)別在于三維手勢(shì)識(shí)別的輸入信息還包含著深度信息，智能眼鏡采用三維手勢(shì)識(shí)別能實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的交互方式。

手勢(shì)識(shí)別原理及傳感器

三維手勢(shì)識(shí)別要用到深度信息，能夠識(shí)別各種手勢(shì)、手型和動(dòng)作。要獲取深度信息就要用到特別的硬件，在配合上識(shí)別算法就能實(shí)現(xiàn)三維手勢(shì)識(shí)別了。接下來，介紹幾款手勢(shì)識(shí)別專用的傳感器：TMG399，該產(chǎn)品是非接觸式光學(xué)IR手勢(shì)識(shí)別傳感器，配備有手勢(shì)識(shí)別、環(huán)境光檢測(cè)、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(shì)識(shí)別芯片，在其電場(chǎng)的作用下，無需接觸就能感應(yīng)手勢(shì)，能夠在15cm的距離以內(nèi)按150dpi的高精度確定坐標(biāo)位置；MYO，初創(chuàng)公司Thalmic Labs的產(chǎn)品，它是一個(gè)戴在手臂上的臂環(huán)；16Lab，這是一款用于手勢(shì)控制的智能戒指，內(nèi)置有慣性傳感器模塊、處理器和低功耗藍(lán)牙模塊。

手勢(shì)識(shí)別缺陷

但手勢(shì)識(shí)別在應(yīng)用于智能眼鏡的過程中也暴露出一些缺陷。首先，手勢(shì)識(shí)別的精度偏低，定位還不夠精準(zhǔn)，由于每一個(gè)人的手結(jié)構(gòu)都不盡相同，很難通過捕捉手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位。其次，手勢(shì)識(shí)別的關(guān)鍵是對(duì)手指特征的提取，在繁雜的背景下要能夠準(zhǔn)確分辨出目標(biāo)的特征，但對(duì)于手勢(shì)遭到遮擋的情況或者對(duì)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(dòng)跟蹤

眼動(dòng)跟蹤即是對(duì)眼睛的注視點(diǎn)或者是眼鏡相對(duì)于頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量的過程。谷歌眼鏡能夠通過眼動(dòng)跟蹤技術(shù)感知到用戶的情緒，來判斷用戶對(duì)注視的廣告的反應(yīng)。

眼動(dòng)跟蹤原理

現(xiàn)目前，用于智能眼鏡的眼動(dòng)跟蹤測(cè)量技術(shù)主要是基于圖像和視頻測(cè)量法，該方法囊括了多種測(cè)量可區(qū)分眼動(dòng)特征的技術(shù)，這些特征有鞏膜和虹膜的異色邊沿、角膜反射的光強(qiáng)以及瞳孔的外觀形狀等?；趫D像、結(jié)合瞳孔形狀變化以及角膜反射的方法在測(cè)量用戶視線的關(guān)注點(diǎn)中應(yīng)用很廣泛。

眼動(dòng)跟蹤缺陷

雖然眼睛是身體當(dāng)中接收信息最廣和最快的方式，但眼動(dòng)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(dòng)以及抖動(dòng)等特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生很多的干擾信號(hào)，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的中斷，這樣會(huì)導(dǎo)致從眼動(dòng)信息中提取到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)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(chǎng)上智能眼鏡的方案并不完善，根據(jù)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(shè)計(jì)方案。

民用型方案
民用型智能眼鏡方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是： 輕便、娛樂功能強(qiáng)、造價(jià)低廉。從輕便和牢固的角度考慮，本方案采用環(huán)形頭箍式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣兼顧了輕便和運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的一定牢固的要求，其外形結(jié)構(gòu)見圖1。民用型方案功能多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)考慮到了對(duì)眼睛的保護(hù)( 手機(jī)鋰電池爆炸的概率雖然小，但畢竟真實(shí)存在) 。同時(shí)，在陽(yáng)光充足的情況下，備用太陽(yáng)能電池的配合充電，可以有效地增加智能眼鏡的供電時(shí)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(cè)量人體體征，以獲得人體健康數(shù)據(jù)。位于鏡片中間上邊的X 光投射器，可以提供醫(yī)學(xué)檢測(cè)。

民用型方案一個(gè)顯著的特點(diǎn)是采用了雙攝像頭設(shè)計(jì)。拉桿式結(jié)構(gòu)的攝像頭可0° ～ 360°旋轉(zhuǎn)，這種設(shè)計(jì)主要是為了視頻通話時(shí)，攝像頭能夠清晰地?cái)z取到用戶的面貌。雙攝像頭設(shè)計(jì)的最終目的是為智能眼鏡系統(tǒng)提供3D 手勢(shì)輸入，同時(shí)為3D 影像制作創(chuàng)造條件( 最新的谷歌概念手機(jī)已經(jīng)采用了4 個(gè)攝像頭以獲取3D 手勢(shì)信息) 。此外，智能眼鏡系統(tǒng)還為用戶提供觸控板輸入和語(yǔ)音輸入，以耳機(jī)為軸心的麥克風(fēng)為系統(tǒng)提供清晰的語(yǔ)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)主要是考慮飛行員使用，而作戰(zhàn)、反恐單兵也可以采用此類設(shè)計(jì)，軍用型智能眼鏡的結(jié)構(gòu)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(yōu)點(diǎn)是結(jié)實(shí)牢固，可靠性高?？紤]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(hù)彈片之類外來的傷害，具備了移動(dòng)互聯(lián)功能的智能眼鏡，享有大數(shù)據(jù)信息服務(wù)，作戰(zhàn)時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)共享敵我雙方信息和協(xié)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(jìn)行遠(yuǎn)距離探視。

在通用航空方面，對(duì)于沒有平視顯示器( HUD) 的輕型通航飛機(jī)，這樣的頭盔式智能眼鏡基本上可以當(dāng)作HUD 使用，而且它有著HUD 所不具備的強(qiáng)大功能。

當(dāng)前圖像識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)地面、空中目標(biāo)的圖像特征識(shí)別已經(jīng)日趨成熟，通過智能眼鏡內(nèi)置的軟硬件處理，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)地面、空中目標(biāo)的識(shí)別，以及反恐場(chǎng)合下對(duì)罪犯臉譜的識(shí)別。

與此同時(shí)，關(guān)于敵方威脅目標(biāo)接近一定距離時(shí)的智能告警，以及周圍環(huán)境條件、士兵身體健康狀態(tài)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(jīng)過專家智能決策系統(tǒng)處理后給出應(yīng)對(duì)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(jù)不同的工作模式，綜合外界各種輸入信號(hào)和操作，進(jìn)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(yè)的醫(yī)療型、軍用型智能眼鏡同樣有類似的工作流程，以及相應(yīng)的處理方式和內(nèi)容。

主要功能構(gòu)想
根據(jù)智能眼鏡使用的場(chǎng)景和需求分析可知，不同的智能眼鏡有其相應(yīng)的配套功能。同時(shí)，為了保證系統(tǒng)的運(yùn)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(fā)和后臺(tái)運(yùn)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(shù)要求如下所述。

1：接口：藍(lán)牙、WI-FI、3．5mm耳機(jī)插孔、語(yǔ)音輸入、激光投影鍵盤、觸控板、3D手勢(shì)輸入、眼部傳感器技術(shù)、HDMI 輸出等。

2：安全保護(hù)： 虹膜識(shí)別+ 語(yǔ)音識(shí)別等。
3：音頻、視頻播放，高保真耳機(jī)、雙高清攝像頭，
3：影像制作。
4：操作系統(tǒng)： Android 或iOS 或WPhone 可選。
5：網(wǎng)絡(luò)模式： GSM，TD-SCDMA，WCDMA，TDLTE，F(xiàn)DD-LTE，2G，3 G，4G 網(wǎng)絡(luò)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(dòng)支付。
9：配套設(shè)備：全鍵盤輸入設(shè)備(通過藍(lán)牙或2．4G技術(shù))。
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(yuǎn)視矯正) ，偏振用于觀看其他3D影視，偏光、透光用于保護(hù)眼睛，紅外鏡片用于夜視，X射線鏡片用于醫(yī)療。
11：鏡片模式： 工作模式、無效模式( 相當(dāng)于普通眼鏡) 。
12：供電： 高性能大容量電池+ 太陽(yáng)能電池。