结合现有的输入方法，眼动追踪开启了丰富的人机直觉交互新体验

通过视线接触进行信息交互，凭直觉操控电子设备。

强大的电脑芯片、高效的红外 LED 以及现代化的摄像传感器，让先前复杂的眼动追踪系统如今能够适应电子消费品应用程序的各种需要。借助这些系统，电子设备可以检测用户的眼球运动，从而识别用户的下一步意图。结合现有的输入方法，眼动追踪开启了丰富的人机直觉交互新体验。

▲视线接触激活图标。眼动追踪，结合现有的输入功能，开启了全新的电子设备操控方式。（图片来源：欧司朗）

几十年来，键盘和鼠标一直是我们操控电脑的传统工具。随着智能手机、平板电脑等移动设备的诞生，人们需要借助新技术与这类没有配备键盘和鼠标的微型电脑进行有效交流。由此，触摸屏成为一项关键技术，使得这些电子产品更加友好；而语音识别技术的加入，则使其更为直观。

先知先觉的设备

随着物联网的普及，我们需要交互的电子设备数量也将与日俱增。智能家居便是一个典型示例，声控恒温器已开始运用其中。未来，我们还可以直接与机器人进行交互。除交互式工业机器人之外，家庭助理机器人和医疗助理机器人也在研发当中。而今，设备可以通过触摸屏接收指令，也可以通过内置式耳机收听指令。借助眼动追踪系统，它们还能检测到用户正在注视的对象，从而预测用户的下一步意图。这将为直观的人机交互开启无限可能。

在很多领域，眼动追踪的硬件条件已然具备

眼动追踪系统可以检测人的眼球运动以及注视方向。起初，人们开发眼动追踪系统是出于市场调研、行为分析和合用性研究的目的。此外，在帮助那些双手无法操作电脑的用户方面，它们的应用已有一段时间。其中许多系统使用红外光照射用户眼睛，并通过摄像机获取图像，然后根据图像数据计算眼球运动。因此，这些系统需要特制的高质量摄像机、光源和软件，有时还需要加装硬件加速器来处理海量的图像数据。而今天，借助极其强大的芯片、紧凑型摄像传感器和现代化的高功率 LED，可以将眼动追踪功能集成到智能手机等电子设备上。其实，在许多电子设备上，都搭载着摄像传感器和红外光源，只不过它们是用来实现面部识别、虹膜识别等其他功能。因此，接下来需要的就是一款合适的软件，将眼动追踪作为一个附加功能加以集成。

发展现状

目前，各个领域均在开发各种新概念，意在促进眼动追踪作为一项新型人机接口技术的应用。在具有眼动追踪功能的智能手机和平板电脑屏幕上，已经可以通过视线接触激活图标或移动游戏人物。具有眼动追踪功能的游戏电脑使玩家在游戏场景中更为身临其境。在一些系统中，玩家可以通过眼球动作控制游戏人物的视角，而无需使用鼠标或触控板。眼动追踪同样也可以用于常规电脑 —— 如通过眼球动作实现文档滚动查看。此外，在智能家居行业，有多种方式可以通过眼动追踪技术与各种设备交互。例如，具有眼动追踪功能的智能电视已经问世。汽车领域也已提出这些系统的可能应用，其中的一个典型示例便是驾驶员助理系统，它可以监测驾驶员的眼球运动，从而及时检测到疲劳驾驶的信号。眼动追踪功能也可以用于监测驾驶员的注视方向，从而确定其正专注前方路况还是注意力分散。这类信息将有助于避免道路上出现紧急情况。

电子消费品行业的眼动追踪系统

上述应用中的现代化眼动追踪系统基于红外 LED (IRED) 和高分辨率摄像传感器，它们分别用于照射人眼和记录眼球反射的光线。然后，由图像处理算法根据这些原始数据计算瞳孔的位置，再由专用软件利用屏幕等参照物的位置信息确定用户所注视的具体位置。红外照明可以确保虹膜与瞳孔之间所需的对比度，不管眼睛是什么颜色，在黑暗中或屏幕背光非常明亮时尤其如此。

▲眼动追踪系统使用红外光照射人眼，并利用摄像传感器捕捉图像。所捕捉的图像数据则用于确定瞳孔的位置，并用来计算用户注视的方向。（图片来源：欧司朗）

这些系统目前的最远探测距离为一米。智能手机和平板电脑的工作距离通常在 30 cm 左右，而台式电脑则通常在 60 cm 左右。屏幕分辨率对应于眼睛的光栅尺寸，平板电脑约为 1 cm，电脑则约为 2 cm。所用的红外 LED数量以及发射器和摄像头的具体排列取决于应用的类型，即工作距离的长短和覆盖面积的大小。此外，还会因所采用的眼动追踪软件而有所不同，这是因为几何设计也要看各种算法能否可靠地检测瞳孔的转向。一般而言，发射器和摄像传感器须按特定角度进行布局，彼此之间需保持一定距离，以避免眼镜的眩光或者光线从眼球到传感器的直接反射。距离越大，信号质量越好，用户与设备间最佳距离的选择空间就越灵活。

用于眼动追踪系统的红外 LED

不同于大多需要使用特定波长的虹膜扫描仪，眼动追踪系统可以在较宽的光谱范围内运行。通常，这些系统需要借助现有的虹膜扫描或面部识别系统，并搭配波长为 850 nm 或 810 nm的 IRED。人眼可感知波长为 850 nm 的 IRED 发出的微弱红外光。许多眼动追踪解决方案制造商更倾向于采用 940 nm 的 IRED，因为裸眼看不到这种光。然而，940 nm 设计现在还存在弊端：目前通用的摄像传感器针对可见光进行了优化，但在红外光谱范围内灵敏度则更低。波长为 940 nm 时，灵敏度降低十分明显（图 3），因此需要增强红外照射，以达到与 850 nm 光源一样的信号强度。鉴于红外照明的广泛应用，摄像头制造商正在研发红外灵敏度高的新版本。

▲在 850 nm 和 940 nm 之间时，针对可见光优化过的标准摄像传感器的灵敏度大幅度下降。配备 940 nm IRED 的眼动追踪系统的优势在于：几乎不被人眼所感知。大多数情况下，需要使用更高的工作电流来补偿下降的信号水平。（图片来源：欧司朗）

理想状态下，双眼应位于摄像传感器的捕捉区域内。整个眼球需被均匀照射，这一点很重要。所需红外光照射强度取决于工作距离，即便对于移动设备，也可能需要数瓦的功率。为尽量减少高工作电流下的热输出，发射器在脉冲模式下工作。尽管如此，热管理仍是设计重点之一，在更轻薄的智能手机和平板电脑中尤为如此。因此，IRED 效率是除光输出外的另一个重要因素。效率越高，产生的热就越少。

针对这类应用，欧司朗特别开发了Oslon Black 系列产品，其中 SFH 4715A 的光电效率达到创纪录的48%。这款 850 nm 发射器在 1 A 工作电流下典型光输出为 770 mW，是目前此工作电流下效率最高的 IRED。如果需要，还可以采用纳米堆叠技术，在一颗芯片上提供两个发射中心，堆叠布置，获得更高的输出。工作电流为 1 A 时，SFH 4715AS 的典型光输出为 1340 mW。它提供 90 度和 150 度发射角两种版本，涵盖许多不同的设计。Oslon Black 版本在 1 A 工作电流下光输出为 990 mW，是理想的 940 nm 光源。

▲Oslon Black SFH 4715AS 的波长为 850 nm，是迄今为止功率最大的 IRED。工作电流为 1 A 时，其发光功率为 1340 mW。得益于其纤薄的外形，不仅能安装在最新智能手机中，还可以用于下一代设备。（图片来源：欧司朗）

Oslon Black 的一个特性为其仅 2.3 mm 的元件高度，因此它不仅适用于今天的智能手机，也适用于下一代更为纤薄的电子设备。

像其他红外光源应用一样，眼动追踪系统必须符合人眼安全标准。普通用户接触的红外辐射量相对较低。然而，技术人员近距离观看红外光源时需留意风险。眼动追踪系统上关联有一个接近传感器，可确保这种情况下 IRED 会自动关闭。有关光学系统安全设计的详细信息，可参阅《欧司朗人眼安全应用注释》等文献。

我们周围有太多复杂的电子设备，需要新的技术实现直观的人机交互。红外照明和摄像传感器为交互技术奠定了良好的基础，使设备能“看到”用户并理解用户的意图。眼动追踪示例展示了如何在硬件基础上通过软件方案实现新的交互类型。硬件组件的创新也正驱动着这一发展。例如，采用波长为 940 nm 的光源便是其中一种发展趋势。因此，欧司朗不断扩展在人脸识别、眼动追踪等应用方面的产品组合。