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眼球追踪的原理是什么 | VR2048

时间: 2017-07-06阅读:

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眼部追踪可以成为VR / AR头盔的标准外设。追踪注视方向可以带来许多好处。例如,“中心凹型渲染”通过眼部追踪数据来优化GPU资源,在中央视觉区域显示高分辨率图像,周围则是较低分辨率。了解注视的方向可以让互动更加自然。另外,一些残疾人士可以用眼睛。眼部追踪可以检测运动员有没有造成脑震荡,甚至可以帮助人们看得更清楚。眼部追踪有助于广告商了解客户的兴趣所在。


眼部追踪很复杂,科学家和供应商花了多年时间来完善算法和技术。

 

但它是如何工作的?我们来看一下高级概述。

 

大多数眼部追踪系统使用眼睛和红外(IR)光照相机。IR照亮眼睛,还有对IR分析反射敏感的相机。光的波长通常为850纳米,在390到700纳米的可见光谱之外。眼睛不能检测到照明,但相机可以。

 

当视网膜检测到通过从瞳孔进入的光时,我们就看到了世界。红外光也通过这个瞳孔进入眼睛。在瞳孔区域外,光线不会进入眼睛。相反,它反射回相机。因此,相机将瞳孔视为黑暗区域 - 无反射 - 而眼睛的其余部分更亮。这是“暗瞳眼部追踪”。如果IR光源靠近光轴,则可以从眼睛后方反射。在这种情况下,瞳孔显得很亮,这是“明瞳眼部追踪”。使用闪光灯拍摄时,就像“红眼”效果。无论我们使用暗瞳还是明瞳,关键是让瞳孔不同于眼睛其余部分。

 

相机捕获的图像经过处理然后确定瞳孔的位置,可以依靠检测到的眼睛估计注视的方向。处理过程有时可以在PC、手机或其他处理器上完成。其他供应商开发了专用芯片,可以从主CPU分流处理。如果眼部追踪相机检测到了双眼,就可以组合双眼的注视读数,估计用户在实际或虚拟3D空间中的固定点。


其他的眼部追踪方法不太受欢迎。例如,有些人试图检测眼肌的运动。该方法提供数据的速度很快,但不如相机追踪的数据准确。

 

我们应该多久计算一次注视方向?眼睛有好几种动作。当我们需要转移注视区域时,骶骨很快发生运动变化。聚散转变的动作不大,也可以帮助深度感知。他们想让目标的图像出现在双视网膜相应的点。追踪移动物体时我们要保持平稳。为了追踪扫视运动,人们需要每秒钟追踪眼睛数百次。但是,扫视运动不能检测注视的方向。因此,他们可以用来研究应用程序,但不适合大众市场的眼部追踪。聚散和平稳的动作较慢,每秒数十个样本就足够了。由于许多VR应用程序希望拥有最新的数据,因此有了以VR帧速率追踪眼睛的趋势。

 

眼部追踪系统需要相机根据眼睛的运动进行补偿。例如,头显可以同步眼睛的滑动和移动。有种流行的技术是使用来自眼角膜的光源反射。这些反射称为Purkinje 反射。这些反射在眼睛转动时变化不大,可以作为算法的锚点。其他算法尝试识别眼角来作为锚点。

 

还有一些算法需要补偿的变量。眼睛不是完美的球体,人们的眼睛有大有小。不同用户的眼睛在相机的位置不是固定的。这些和其他变量通常在校准过程中都能得到解决。对已知位置进行简单的校准就会在屏幕上显示十字,并要求用户固定。通过在几个位置重复此操作,该算法最终校准了位置。


除了算法之外,追踪器的光学系统也带来了额外的挑战。它的目标是轻量化,尽量避免向用户呈现实际VR / AR图像的光学器件而带来的约束。它需要各种面部结构。请在此处查看有关眼部追踪的光学配置的讨论。

 

眼部追踪器以前非常昂贵。不是因为组件昂贵,而是市场受限的结果。当研究人员购买眼部追踪器技术时,公司就会要价更高来支付研发费用。随着眼部追踪器进入主流,其价格将变得便宜。


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