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、行xing為wei分fen析xi和he合he用yong性xing研yan究jiu的de目mu的de。此ci外wai，在zai幫bang助zhu那na些xie雙shuang手shou無wu法fa操cao作zuo電dian腦nao的de用yong戶hu方fang麵mian，它ta們men的de應ying用yong已yi有you一yi段duan時shi間jian。其qi中zhong許xu多duo係xi統tong使shi用yong紅hong外wai光guang照zhao射she用yong戶hu眼yan睛jing，並bing通tong過guo攝she像xiang機ji獲huo取qu圖tu像xiang，然ran後hou根gen據ju圖tu像xiang數shu據ju計ji算suan眼yan球qiu運yun動dong。因yin此ci，這zhe些xie係xi統tong需xu要yao特te製zhi的de高gao質zhi量liang攝she像xiang機ji
、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，可(ke)以(yi)將(jiang)眼(yan)動(dong)追(zhui)蹤(zong)功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)到(dao)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)等(deng)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)。其(qi)實(shi)，許(xu)多(duo)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)都(dou)搭(da)載(zai)了(le)攝(she)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)紅(hong)外(wai)光(guang)源(yuan)，隻(zhi)不(bu)過(guo)它(ta)們(men)是(shi)用(yong)來(lai)實(shi)現(xian)麵(mian)部(bu)識(shi)別(bie)
、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。

 

 

muqian，gegelingyujunzaikaifagezhongchuangxingainian，yizaicujinyandongzhuizongyongzuoyizhongxinxingderenjijiekou。zaijuyouyandongzhuizonggongnengdezhinengshoujihepingbandiannaodepingmushang
，yijingkeyitongguoshixianjiechujihuotubiaohuoyidongyouxirenwu。juyouyandongzhuizonggongnengdeyouxidiannaonengshiwanjiazaiyouxichangjingzhonggengweishenlinqijing。zaiyixiexitongzhong，wanjiakeyitongguoyanqiudongzuokongzhiyouxirenwudeshijiao，erwuxushiyongshubiaohuochukongban。yandongzhuizongtongyangyekeyiyongyuchangguidiannao
，rutongguoyanqiudongzuoshixianwendanggundongzhakan。

 

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）和(he)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)攝(she)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)而(er)設(she)計(ji)，它(ta)們(men)分(fen)別(bie)用(yong)於(yu)照(zhao)射(she)人(ren)眼(yan)和(he)記(ji)錄(lu)眼(yan)球(qiu)反(fan)射(she)的(de)光(guang)線(xian)。然(ran)後(hou)，由(you)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)算(suan)法(fa)根(gen)據(ju)這(zhe)些(xie)原(yuan)始(shi)數(shu)據(ju)計(ji)算(suan)瞳(tong)孔(kong)的(de)位(wei)置(zhi)（圖2）


，zaiyouzhuanyongruanjianliyongpingmudengcanzhaowudeweizhixinxiquedingyonghusuozhushidejutiweizhi。buguanyanjingshishenmeyanse，youqishizaiheianzhonghuopingmubeiguangfeichangmingliangshi，hongwaizhaomingjunkeyiquebaohongmoyutongkongzhijiansuoxudeduibidu。

 

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。

 

lixiangzhuangtaixia，shuangyanyingweiyushexiangchuanganqidebuzhuoquyunei。zhenggeyanqiuxubeijunyunzhaoshe，zheyidianhenzhongyao。suoxuhongwaiguangzhaosheqiangduqujueyugongzuojuli
，jibianduiyuyidongshebei，yekenengxuyaoshuwadegonglv。weijinliangjianshaodagongzuodianliuxiadereshuchu，fasheqishizaimaichongmoshixiagongzuo。jinguanruci，reguanlirengshishejizhongdianzhiyi，zaigengqingbodezhinengshoujihepingbandiannaozhongyouweiruci。yinci，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。

 

像xiang其qi他ta紅hong外wai光guang源yuan應ying用yong一yi樣yang
，眼yan動dong追zhui蹤zong係xi統tong必bi須xu符fu合he人ren眼yan安an全quan標biao準zhun。普pu通tong用yong戶hu接jie觸chu的de紅hong外wai輻fu射she量liang相xiang對dui較jiao低di。然ran而er，技ji術shu人ren員yuan近jin距ju離li觀guan看kan紅hong外wai光guang源yuan時shi需xu留liu意yi風feng險xian。眼yan動dong追zhui蹤zong係xi統tong上shang關guan聯lian有you一yi個ge接jie近jin傳chuan感gan器qi，可ke確que保bao在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xiaIRED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。

 

我wo們men周zhou圍wei有you太tai多duo複fu雜za的de電dian子zi設she備bei
，需xu要yao有you新xin的de技ji術shu來lai實shi現xian直zhi觀guan的de人ren機ji交jiao互hu。紅hong外wai照zhao明ming和he攝she像xiang傳chuan感gan器qi為wei交jiao互hu技ji術shu奠dian定ding了le良liang好hao的de基ji礎chu
，使shi設she備bei能neng“看到”yonghubinglijietamendeyitu。yandongzhuizongshilizhanshileruhezaiyingjianjichushangtongguoruanjianfanganshixianxindejiaohuleixing。yingjianzujiandechuangxinyezhengqudongzhezheyifazhan。liru，caiyongbochangwei940nm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。