导入LCoS微投影 智能眼镜开启行动新视界

2013-11-16 09:09:38来源: 新电子
    智慧眼镜将开创新的行动运算装置使用模式。Google Glass在业界掀起话题后,智慧眼镜开发热潮正持续延烧,目前大多制造商皆计划导入LCoS微投影技术,进而实现可透视的显示器,并配合简单操作的软体介面,让产品提供多功能用途,吸引消费者采购。
新一代智慧眼镜(Smart Glasses)(图1)能做什么是电子产业及消费者相当关注的议题,就目前市场预期来看,其须简单操作,并集众多行动通讯、人机介面功能于一身。 

图1 智慧眼镜外观示意图

以国际科技品牌大厂已提出的智慧眼镜设计概念为例,大多皆诉求整合手机、全球卫星定位系统(GPS)和相机功能,可将所有资讯即时展现在使用者眼前,使用者透过眼睛与语音控制便可进行拍照上传、收发短讯、查询天气及路况等操作。 

采用LCoS技术 智慧眼镜跳脱HMD设计

智慧眼镜或称头戴式显示器(HMD)并非新科技,近期因Google Glass掀起新一波穿戴式电子装置的研发热潮,才使智慧眼镜的设计逐渐受到业界关注,吸引相关晶片商及系统厂加紧卡位。 

事实上,Google Glass从概念和系统架构上确实设计得很好,配合各种应用程式可做到很多事情,再加上硬体微型化技术日益成熟、人机介面朝多元化的方向发展,因此引发市场对智慧眼镜市场商机无限的想像。 

智慧眼镜技术主要源自头戴式显示器,原理是将微型二维显示器所产生的影像藉由光学系统放大,曲光补正,达到近眼观看的要求。具体而言,微型显示器所反射的光线经过透镜或凹镜使影像因折射产生类似虚拟引影像效果,利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到平面全像视觉(Flat Hologram)。 

其光学系统设计系让液晶显示(LCD)的影像通过曲面透镜,使影像变成类似大银幕画面,由于这曲面透镜为一非球面状凸透镜,因此在光学上它已不单是透镜功能,基本上已成为自由曲面棱镜。当产生的影像进入曲面棱镜面时,光线将被放大,并在该透镜另一面补正光线绕射像差,其工作原理看似简单,但要设计完美非常不容易。 

新一代透视(See-Through)头戴显示器即利用光学反射的原理,将文字和影像资讯投射在分光镜片上,眼睛往前方看的时候,能轻易将外界的景象与显示资料融合在一起。至于Google Glass用的是色彩时序(Color Sequential)矽基液晶(LCoS)显示器,支援解析度达640×360,尺寸则为0.22寸,由于本身不带彩色滤光片(Color Filter),所以须搭载RGB发光二极体(LED)。 

另一方面,从HUD(Head-up Display)这个名字来看,除了LCoS微投影方案以外,也可能采用其他的显示技术来做,因为只要是能实现“抬头能看到”这个功能的显示器,都可以叫HUD;但是,无论如何,该类产品都不是安装一个小型显示器或微投影机就能轻松实现的,还须整合处理器、感测器和光学引擎等多样技术。 

 利用光反射/影像叠加原理 LCoS光学引擎达成全彩显示

在智慧眼镜光学引擎设计(图2)方面,光线从LED发出后,因RGB LED需要三个晶片,位置不一样,所以需要一个散光器(Diffuser)使光线达到均匀出射;而后再经过偏振光束分离器(Polarizing Beam Splitter, PBS),透过水平方向偏振光,透去一半的光线到达LCoS微型面板上,偏振方向根据单个通道的灰度值扭曲至给定方向,反射回PBS,在分光面产生反射,反射的时候只有部分光被反射,取决于反射光偏振方向。 

图2 光学引擎单元架构图

一般来说,出射时还经过一个偏振片(Polarizer),消除第一次偏振分光的反射光造成的不好影响,然后出射到棱镜的入射面,并到达最左端曲面反射面,藉由分光镜反射进入人眼;基于人眼看到影像后视觉暂留的原理,不同时间的不同颜色图像叠加在一起后,就会形成彩色图像。 

集最新科技于一身 智慧眼镜软硬体大有学问

以现有的智慧眼镜设计(表1)为例,主要硬体架构整理如下,中央处理器(CPU)分别有德州仪器(TI)OMAP4430或钜景的CPL910A,随机存取记忆体(RAM)为1GB、系统记忆体16GB,显示解析度则有nHD(640×360)、WVGA(854×480)和720p三种等级;感测器部分多选用应美盛(InvenSense)的MPU9150,内建三轴陀螺仪、三轴加速度计和Asahi Kasei的AKM8975三轴电子罗盘。 

至于操作介面软体方面,Google Glass采用的Explorer(XE),最新XE5版本的套装软体已内建更多的命令,如说出Take a Note会记下语音/文字转语音的笔记,而说出Read Aloud则可大声读出,并支援许多语言,系智慧眼镜中相当实用的软体功能。 

正在开发中的智慧眼镜应用程式,还可协助用户同步其他人关注的Timeline,如新闻操作介面可设计折叠按钮,进一步收缩或展开,而送到智慧眼镜上的资讯都是经优化处理过的,字大又配图示,然后给软体业最常见的Hello World代码和插入图像的方法,如Rich HTML和多页的发牌模式显示,类似应用程式中的折叠按钮。 

另外还有一些可更新、删除或自订单触的动作,系统动作有回复时大声读出等,基本上都是和云端资料中心做互动;同时还须支援订阅功能,才能同步和推送资讯,并让协力厂商的服务透过此一流程进入智慧眼镜系统。如此一来,没有4G长程演进计划(LTE)高速无线连网将很难推行上述服务。 

提升使用安全与便利性 智慧眼镜注重显示介面设计

整体而言,智慧眼镜必须是可即时与其他电子装置交换资讯的产品,聚焦于使用者目前在做的事情,最新鲜的事情,所以还要尽量避免意外,因为用户是戴着在使用的,资讯超载容易分心引发危险状况;因此在相关程式的设计方面也要加入一些巧思。 

此外,考虑到那么多戴眼镜的人的存在,智慧眼镜如果不能调焦,那么使用者就要像配眼镜一样配副镜片在智慧眼镜上,到时候大街小巷的眼镜店就要打出一个新招牌,专业配戴智慧型眼镜镜片,如此一来对智慧眼镜的推广势将有所影响。 

举例来说,针对每天工作中没有时间坐下来看报纸的使用者,就要提供简单的资讯显示方式,如进入New York Times的应用程式,背景就是推送新闻标题和主题图片,让用户有兴趣再进去看;实现方式则是插入一个多页的Timeline Card,有合适的交互选项。另一个是网路信箱应用,收发全部用语音辨识,然后自动发送,再进入Evernote(云端记事本)+Skitch。 

智慧眼镜随时拍照的特性非常重要,开会的时候配合Evernote可很方便记录、分析和标记,过程大约是拍照后点击分享到Skitch,然后通知Skitch再推送消息到使用者手机、平板或其他设备,而用户修改后就会自动同步到云端。 

由于智慧眼镜的图像编排不像手机或笔电容易识别,因此使用者须投入一定的注意力。在智慧眼镜上面的操作,理想是一种Timeline的卡片式操作(图3),可前后查看过往的资讯,例如刚刚搜索的网页等,而继续滑动到Home萤幕还可往前进入卡片式操作介面。目前Google Glass已把很多应用功能整合进去,可单触启动右上角的折叠按钮,得到更多选项来回到原来操作介面,显见已将用户使用行为模式纳入通盘设计考量。 

图3 智慧眼镜操作介面示意图

关键字:微投影  智能眼镜

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1116/article_27807.html
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