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智慧眼镜 拥抱眼前新视界
解放双手由眼开始

【作者: 陳韋哲】2013年12月30日 星期一

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虽说行动装置设备仍为市场持续聚焦的重点宠儿,但穿戴式智慧装置可说是以后起新秀之姿,成为近期市场相当活络的话题产品,特别是在Google正式发表Google Glass智慧眼镜后,连带着三星与苹果等科技大厂着手布局穿戴式智慧手表的传闻消息也开始甚嚣尘上,纷纷透漏出积极布局穿戴式市场版图的野心。


自从Google针对开发人员发布Google Glass智慧眼镜开发者版本以来,纵然隐私权以及法令相关争议问题风波不断,仍不可否认其有别于行动装置的操作模式以及视觉新体验,让不少消费者引颈期盼能够尽快使用到针对一般消费者开发设计的Google Glass消费者版本。


以扩增实境拓展应用体验


根据Gartner市场调查机构预测,智慧穿戴式装置未来不仅将改变人类使用行动装置的操作习惯,更将进一步整合资讯、医疗、健康等功能应用向上成长,预估2016年市场产值将超过百亿美元。而IHS全球透视分析师Shane Walker也预测,智慧眼镜在未来三年,预估市场成长动能将可望达到10~20亿美金,更在2016年全球将出货达1000万支。


智慧眼镜的设计取材原是来自于头戴式显示器,采用的原理主要是透过微型投影器以及半透明的光学元件,将影像画面投射并聚焦至人类眼睛的视网膜上。与行动装置设备最大异同处在于,其不仅拥有配戴上的便利性,更提供使用者眼前仿佛拥有一个大尺寸萤幕的可视画面。即便智慧眼镜市场规模目前仍为萌芽阶段,但其凭借着担任智慧手机的第二个显示萤幕的重要角色,势必成为穿戴式装置吹起一波新浪潮,并引领消费电子产品步入新局面的革命性产品。


智慧眼镜所采用的核心技术主要为扩增实境(Augment Reality,AR),可以将虚拟物件、场景以及即时资讯与眼前的自然现实场景完美结合,让使用者得以跨越在听觉或是视觉上的先天限制,进一步地拓展资讯的撷取广度。


随着智慧手机或是平板电脑等行动装置持续朝向中大尺寸萤幕靠拢,而身为穿戴式装置成员的智慧眼镜,为的就是要让使用者在配戴时能够更加舒适,自然不能忘却穿戴式装置的基本设计原则(兼具行动、智慧、轻薄、时尚四大特性),以便提供使用者在视觉感受上有不同于以往的新体验。



图一 : 配戴Google Glass智能眼镜右眼所看到的虚拟显示窗口画面。(图/ images.lainformacion.com)
图一 : 配戴Google Glass智能眼镜右眼所看到的虚拟显示窗口画面。(图/ images.lainformacion.com)

图二 : 智能眼镜的核心技术为扩增实境,可以将虚拟对象、场景以及实时信息与眼前的自然现实场景完美结合。(图/www.weartechpro.com)
图二 : 智能眼镜的核心技术为扩增实境,可以将虚拟对象、场景以及实时信息与眼前的自然现实场景完美结合。(图/www.weartechpro.com)

智能眼镜关键技术:微型投影


打破传统的萤幕显示方式,Google Glass智慧眼镜改由投影的模式显示,其原理是透过微型投影器将光投射至一块反射萤幕后,再透过一块凸透镜折射到人体眼球。如此一来,就能够在使用者眼前形成一个25吋的大型虚拟显示萤幕(以Google Glass为例,其显示解析度为640 x 360)。其影像画面是以几近透明、穿透的形式,并以不影响配戴者观看自然环境的显示模式呈现。举例来说,当配戴智慧眼镜的使用者接近知名景点或是餐馆、人物时,智慧眼镜的投影萤幕便会自动弹跳显示相关景点、人物资讯供使用者参考或是查阅更详细的细部讯息。



图三 : LCoS内部面板结构图。(图/ blog.vectorform.com)
图三 : LCoS内部面板结构图。(图/ blog.vectorform.com)

图四 : Google Glass智能眼镜硬件规格一览表
图四 : Google Glass智能眼镜硬件规格一览表

想要将影像及相关资讯画面透过智慧眼镜呈现在使用者眼前,就必须借助微投影显示技术来完成这项使命,目前主流的微投影显示技术可分为数位光源处理(DLP)、微机电系统(MEMS)雷射、液晶覆矽(LCOS,Liquid Crystal on Silicon)微型投影机等。其中,DLP技术是以一种微机电(MEMS)元件为基础,称为数位微型反射镜元件(Digital Micromirror Device,简称DMD),DMD微晶片上面包含数量庞大的超小型数位光开关,面积相当微小、并由铝金属制程的绞接式反射镜,可以接受电子讯号代表的资料字元后,产生光学字元输出。


虽然DLP能接受数位视讯,并产生一系列的数位光脉冲,当这些光脉冲进入眼睛后,人类的眼睛会把它解译成为彩色类比影像。不过,由于DMD复杂的周边配置电路体积较大,再加上,MEMS元件的高频率开关也会发生功耗过高的问题,因此DLP截至目前没有普遍应用到头戴式显示器领域。而LCoS微投影显示技术因具有省电、体积小、虚拟萤幕尺寸优势,适合应用在智慧眼镜产品(Google Glass智慧眼镜采用的便是台湾立景光电的LCoS微投影显示技术),让使用者能够获得犹如大尺寸画面的视觉享受。


LCoS是一种采用CMOS backplane半导体制程技术的CMOS晶片,其最大特点在于基底所使用的材质为单晶矽,因此在电子移动率上有不错的表现。再加上,单晶矽能够形成较细的线路,因此较容易实现高解析度的投影结构,反射式成像也不会因光线穿透面板而大幅降低光利用率,因此进一步提升了光效率。


此外,LCoS不仅具有高解析、高品质及低成本的优势,尤其目前业界已有支援960MHz调变率的LCoS解决方案,故可以避免DLP常见的彩虹效应。正因为LCoS不仅承袭了LCD技术的优势,同时又克服LCD的缺点,让它成为热门的智慧眼镜投影候选技术。


工研院发展凌空触控技术


为了不让Google Glass智慧眼镜专美于前,许多LCoS微投影显示模组供应厂商(Google、Sony、美商晶典、Himax、禾鈶、Varitronix、JVC等公司)正摩拳擦掌,准备角逐这个头戴式应用新兴市场。工研院电光所也趁势在这波穿戴式智慧眼镜浪潮下,推出头戴式显示器凌空触控技术Air Touch。工研院电光所副所长刁国栋表示,穿戴式装置的成功关键在于其人机介面的设计,以Google Glass来说,主要是透过语音声控和触控方式来进行操作,操控性仍有待加强。


相较于Google Glass只能单眼检视,使用者要进一步检视图片,还必须触碰智慧眼镜旁侧的按钮才行,工研院研发的Air Touch技术透过内建于显示器上的感测器,能够准确地判断出使用者的手指空间位置,仅需挥挥手或是动动手指就可以对距离眼前30公分的10吋虚拟显示萤幕来场隔空触控操作。在应用上,除了能够达到收发讯息或是上网浏览等基本功能,未来更能进一步应用到工业应用或是医疗内视镜手术协助医生即时查看病患病例资讯。



图五 : 智能眼镜即将开启穿戴式装置新一波战区。(图/s3.amazonaws.com)
图五 : 智能眼镜即将开启穿戴式装置新一波战区。(图/s3.amazonaws.com)

结论


虽然智慧眼镜看似即将成为下一波穿戴式装置的重要焦点,不过目前穿戴式设备仍然处于各家公司进行市场试探阶段,减低重量、功耗、模组尺寸以及提高流明仍为努力的重点关键。即便消费者对于新事物的接受度越来越高,但想要真正引爆市场需要经过3~5年的技术酝酿期。而Gartner的市场研究报告也指出,智慧眼镜的普及的速度并不会跟想像中那么快,反而速度会来的相当慢,因为智慧眼镜的优势在于应用和服务提供,所以并不会像智慧手机那般能够满足一般消费大众。


此外,目前智能眼镜不管在价格上、相关应用程序开发、显示技术、以及最为人所诟病的个人隐私安全性等问题仍备受市场考验,还必须透过立法与技术磨合来逐一克服,并且在使用体验上能够让用户产生依赖感,才能进一步在商用或是一般消费市场更加普及。


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