導(dǎo)入LCoS微投影　智能眼鏡開啟行動新視界

智慧眼鏡將開創(chuàng)新的行動運算裝置使用模式。Google Glass在業(yè)界掀起話題后，智慧眼鏡開發(fā)熱潮正持續(xù)延燒，目前大多制造商皆計劃導(dǎo)入LCoS微投影技術(shù)，進而實現(xiàn)可透視的顯示器，并配合簡單操作的軟體介面，讓產(chǎn)品提供多功能用途，吸引消費者采購。

新一代智慧眼鏡(Smart Glasses)(圖1)能做什么是電子產(chǎn)業(yè)及消費者相當關(guān)注的議題，就目前市場預(yù)期來看，其須簡單操作，并集眾多行動通訊、人機介面功能于一身。

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圖1 智慧眼鏡外觀示意圖

以國際科技品牌大廠已提出的智慧眼鏡設(shè)計概念為例，大多皆訴求整合手機、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和相機功能，可將所有資訊即時展現(xiàn)在使用者眼前，使用者透過眼睛與語音控制便可進行拍照上傳、收發(fā)短訊、查詢天氣及路況等操作。

采用LCoS技術(shù)　智慧眼鏡跳脫HMD設(shè)計

智慧眼鏡或稱頭戴式顯示器(HMD)并非新科技，近期因Google Glass掀起新一波穿戴式電子裝置的研發(fā)熱潮，才使智慧眼鏡的設(shè)計逐漸受到業(yè)界關(guān)注，吸引相關(guān)晶片商及系統(tǒng)廠加緊卡位。

事實上，Google Glass從概念和系統(tǒng)架構(gòu)上確實設(shè)計得很好，配合各種應(yīng)用程式可做到很多事情，再加上硬體微型化技術(shù)日益成熟、人機介面朝多元化的方向發(fā)展，因此引發(fā)市場對智慧眼鏡市場商機無限的想像。

智慧眼鏡技術(shù)主要源自頭戴式顯示器，原理是將微型二維顯示器所產(chǎn)生的影像藉由光學(xué)系統(tǒng)放大，曲光補正，達到近眼觀看的要求。具體而言，微型顯示器所反射的光線經(jīng)過透鏡或凹鏡使影像因折射產(chǎn)生類似虛擬引影像效果，利用此效果將近處物體放大至遠處觀賞而達到平面全像視覺(Flat Hologram)。

其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計系讓液晶顯示(LCD)的影像通過曲面透鏡，使影像變成類似大銀幕畫面，由于這曲面透鏡為一非球面狀凸透鏡，因此在光學(xué)上它已不單是透鏡功能，基本上已成為自由曲面棱鏡。當產(chǎn)生的影像進入曲面棱鏡面時，光線將被放大，并在該透鏡另一面補正光線繞射像差，其工作原理看似簡單，但要設(shè)計完美非常不容易。

新一代透視(See-Through)頭戴顯示器即利用光學(xué)反射的原理，將文字和影像資訊投射在分光鏡片上，眼睛往前方看的時候，能輕易將外界的景象與顯示資料融合在一起。至于Google Glass用的是色彩時序(Color Sequential)矽基液晶(LCoS)顯示器，支援解析度達640×360，尺寸則為0.22寸，由于本身不帶彩色濾光片(Color Filter)，所以須搭載RGB發(fā)光二極體(LED)。

另一方面，從HUD(Head-up Display)這個名字來看，除了LCoS微投影方案以外，也可能采用其他的顯示技術(shù)來做，因為只要是能實現(xiàn)“抬頭能看到”這個功能的顯示器，都可以叫HUD；但是，無論如何，該類產(chǎn)品都不是安裝一個小型顯示器或微投影機就能輕松實現(xiàn)的，還須整合處理器、感測器和光學(xué)引擎等多樣技術(shù)。

利用光反射/影像疊加原理　LCoS光學(xué)引擎達成全彩顯示

在智慧眼鏡光學(xué)引擎設(shè)計(圖2)方面，光線從LED發(fā)出后，因RGB LED需要三個晶片，位置不一樣，所以需要一個散光器(Diffuser)使光線達到均勻出射；而后再經(jīng)過偏振光束分離器(Polarizing Beam Splitter, PBS)，透過水平方向偏振光，透去一半的光線到達LCoS微型面板上，偏振方向根據(jù)單個通道的灰度值扭曲至給定方向，反射回PBS，在分光面產(chǎn)生反射，反射的時候只有部分光被反射，取決于反射光偏振方向。

圖2 光學(xué)引擎單元架構(gòu)圖

一般來說，出射時還經(jīng)過一個偏振片(Polarizer)，消除第一次偏振分光的反射光造成的不好影響，然后出射到棱鏡的入射面，并到達最左端曲面反射面，藉由分光鏡反射進入人眼；基于人眼看到影像后視覺暫留的原理，不同時間的不同顏色圖像疊加在一起后，就會形成彩色圖像。

集最新科技于一身　智慧眼鏡軟硬體大有學(xué)問

以現(xiàn)有的智慧眼鏡設(shè)計(表1)為例，主要硬體架構(gòu)整理如下，中央處理器(CPU)分別有德州儀器(TI)OMAP4430或鉅景的CPL910A，隨機存取記憶體(RAM)為1GB、系統(tǒng)記憶體16GB，顯示解析度則有nHD(640×360)、WVGA(854×480)和720p三種等級；感測器部分多選用應(yīng)美盛(InvenSense)的MPU9150，內(nèi)建三軸陀螺儀、三軸加速度計和Asahi Kasei的AKM8975三軸電子羅盤。

至于操作介面軟體方面，Google Glass采用的Explorer(XE)，最新XE5版本的套裝軟體已內(nèi)建更多的命令，如說出Take a Note會記下語音/文字轉(zhuǎn)語音的筆記，而說出Read Aloud則可大聲讀出，并支援許多語言，系智慧眼鏡中相當實用的軟體功能。

正在開發(fā)中的智慧眼鏡應(yīng)用程式，還可協(xié)助用戶同步其他人關(guān)注的Timeline，如新聞操作介面可設(shè)計折疊按鈕，進一步收縮或展開，而送到智慧眼鏡上的資訊都是經(jīng)優(yōu)化處理過的，字大又配圖示，然后給軟體業(yè)最常見的Hello World代碼和插入圖像的方法，如Rich HTML和多頁的發(fā)牌模式顯示，類似應(yīng)用程式中的折疊按鈕。

另外還有一些可更新、刪除或自訂單觸的動作，系統(tǒng)動作有回復(fù)時大聲讀出等，基本上都是和云端資料中心做互動；同時還須支援訂閱功能，才能同步和推送資訊，并讓協(xié)力廠商的服務(wù)透過此一流程進入智慧眼鏡系統(tǒng)。如此一來，沒有4G長程演進計劃(LTE)高速無線連網(wǎng)將很難推行上述服務(wù)。

提升使用安全與便利性　智慧眼鏡注重顯示介面設(shè)計

整體而言，智慧眼鏡必須是可即時與其他電子裝置交換資訊的產(chǎn)品，聚焦于使用者目前在做的事情，最新鮮的事情，所以還要盡量避免意外，因為用戶是戴著在使用的，資訊超載容易分心引發(fā)危險狀況；因此在相關(guān)程式的設(shè)計方面也要加入一些巧思。[!--empirenews.page--]

此外，考慮到那么多戴眼鏡的人的存在，智慧眼鏡如果不能調(diào)焦，那么使用者就要像配眼鏡一樣配副鏡片在智慧眼鏡上，到時候大街小巷的眼鏡店就要打出一個新招牌，專業(yè)配戴智慧型眼鏡鏡片，如此一來對智慧眼鏡的推廣勢將有所影響。

舉例來說，針對每天工作中沒有時間坐下來看報紙的使用者，就要提供簡單的資訊顯示方式，如進入New York Times的應(yīng)用程式，背景就是推送新聞標題和主題圖片，讓用戶有興趣再進去看；實現(xiàn)方式則是插入一個多頁的Timeline Card，有合適的交互選項。另一個是網(wǎng)路信箱應(yīng)用，收發(fā)全部用語音辨識，然后自動發(fā)送，再進入Evernote(云端記事本)+Skitch。

智慧眼鏡隨時拍照的特性非常重要，開會的時候配合Evernote可很方便記錄、分析和標記，過程大約是拍照后點擊分享到Skitch，然后通知Skitch再推送消息到使用者手機、平板或其他設(shè)備，而用戶修改后就會自動同步到云端。

由于智慧眼鏡的圖像編排不像手機或筆電容易識別，因此使用者須投入一定的注意力。在智慧眼鏡上面的操作，理想是一種Timeline的卡片式操作(圖3)，可前后查看過往的資訊，例如剛剛搜索的網(wǎng)頁等，而繼續(xù)滑動到Home螢?zāi)贿€可往前進入卡片式操作介面。目前Google Glass已把很多應(yīng)用功能整合進去，可單觸啟動右上角的折疊按鈕，得到更多選項來回到原來操作介面，顯見已將用戶使用行為模式納入通盤設(shè)計考量。

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圖3 智慧眼鏡操作介面示意圖