基于智能眼镜方案的内容构想

基于智能眼镜方案的内容构想分享专业性的内容（中文学名：赛亿科技；英文学址：ｗｗｗ．ｓａｉｙｉｍｃｕ．ｃｏｍ）【内容摘要】当前正处于一个基于移
动互联信息技术快速发展的时期，而新近产生的云计算、大数据信息技术，更是将人们推向一个前所未有的信息共享共用时代。【关键词】智能眼镜
方案当前正处于一个基于移动互联信息技术快速发展的时期，而新近产生的云计算、大数据信息技术，更是将人们推向一个前所未有的信息共享共
用时代。由最初带领人们进入移动互联的笔记本电脑到当前流行的智能手机，再到最近出现的谷歌眼镜及智能手表等可穿戴设备，智能终端已经逐
渐深入到了日常生活中，不可或缺。智能眼镜中最具有代表性的产品谷歌眼镜(GoogleProjectGlass)是由谷歌公司于
2012年4月发布的一款“拓展现实”眼镜。它具有和智能手机相同的功能，可以通过声音控制拍照、视频通话、辨明方向以及网上冲浪、处
理文字信息和电子邮件等。2013年4月10日，美国科技博客Gizmodo发布了一张图片，揭示了谷歌智能眼镜的工作原理，它承
载着可穿戴设备的开端，极具想象空间且看似前途不可限量。但从其当前的主要功能来看，它暂时只是一个手机伴侣，基础通信、文字输入仍依赖手
机，尽管如此，民用智能眼镜发展已然揭开序幕；另一方面，基于类似的光电技术，通用航空领域以及军用单兵作战的头盔显示器也在经历较长时间
发展之后，朝着信息化、智能化的方向迈进，进而成为通航飞行、单兵作战、特警反恐等领域先进、有效的辅助设备。1从智能手机到智能眼镜
从智能手机到智能眼镜再到时下炙手可热的可穿戴设备，人们生活中的智能助手越来越丰富且功能强大，也逐渐将互联网生活由固定地点(PC
)转变为移动互联。智能手机使处理电子邮件时不再只通过电脑，智能眼镜将双手从手机中解放出来，并给予更佳的视觉体验。智能眼镜的到来使
得智能穿戴产品更加丰富，智能手表、智能手环、智能服饰等可穿戴智能产品争相辉映。而一项调查表明，当前用户对于与健康有关的(如体征测
量等)智能穿戴产品尤为关注。如表1所示，将智能手机、智能眼镜和其他可穿戴设备三者做简单对比。通过表1的分析来看，基于显示和人
机交互的缘由，在社交和办公方面，智能眼镜具有其他可穿戴设备不可替代的特点，而在商业支付、身体保健方面，智能眼镜有向智能手机和其他可
穿戴设备借鉴的必要。表1智能手机、智能眼镜和其他可穿戴设备的比较Table1Intelligentmobilepho
nesmartglassesandotherwearabledevices2不同用户对智能眼镜的使用需求不同的
用户对智能眼镜有着不同的需求。智能眼镜的用户群很多，通常包括年轻时尚一族、商务白领、汽车司机、医疗患者等，较为专业的领域有医生、警
察、作战士兵和飞行员等。不同的用户对智能眼镜的应用重点也大为不同。人们对智能眼镜的用途和应用场景多种多样、千差万别。从生活的角度
来看，年轻时尚一族可以使用智能眼镜来进行照片拍摄、视频欣赏、社会交往等众多活动，汽车司机可以用它进行行车导航，医疗患者可以用它进行
体征测量和健康咨询。从商业角度来讲，商务白领可以用它进行资料传输、商业会议等，医生可以用它进行医疗诊断。在更为重要的军事反恐领域，
警察和士兵可以用它来进行罪犯特种识别、搜索等，飞行员可以用它进行飞行导航、协同作战。作为智能穿戴产品，智能眼镜的设计目的也正是为
了满足各种用户各式各样的功能需求。应用最广泛的是在生活方面，比如社会时尚一族、商业白领，他们对智能眼镜的需求通常为摄影摄像、影视音
乐播放、社会交往以及获取商业资讯等，其次对于士兵、飞行员等用户，其主要的需求为作战信息共享、与其他作战单元的信息交互等。通过当前
主流智能眼镜与时下流行的智能手机的对比可以发现，智能眼镜的很多功能是由智能手机演化而来，比如影视娱乐、商业办公等，智能眼镜诞生的主
要动因之一应包括解脱智能手机对双手的束缚，同时还有对更大更好视频效果的追求。而对于士兵、飞行员等来说，智能眼镜相当于在原有的头盔上
增加了与外界大量的信息交互，智能眼镜完备的定制软件(类似安全助理等)甚至可以在飞行员遇到险境后帮助其脱险。主要用户对智能眼镜的
典型应用场景及主要需求分析见表2。将表2的主要需求分类，可以导出更多的细分需求。表2用户对智能眼镜的主要需求分类Table
2Theclassificationofuserrequirementstointelligentglasses
3两种设计方案对各种用户需求归纳之后，大体可以分为民用和用两大类，按照这两类，得出两种典型的设计方案。3.1民用型方案
民用型智能眼镜方案设计的重点是：轻便、娱乐功能强、造价低廉。从轻便和牢固的角度考虑，本方案采用环形头箍式结构设计，这样兼顾了轻便
和运动时需要的一定牢固的要求，其外形结构见图1。民用型方案功能多样、结构复杂，在轻便的要求下各功能部件必须小型化甚至微型化。图1
民用型智能眼镜方案Fig．1Designschemeofcivilintelligentglasses在图1中，
高性能电池需要固定在头箍带上，位于人耳的后边，这种结构考虑到了对眼睛的保护(手机锂电池爆炸的概率虽然小，但毕竟真实存在)。同时
，在阳光充足的情况下，备用太阳能电池的配合充电，可以有效地增加智能眼镜的供电时间，从而降低主电池的容量和体积。人耳之前的温度、压敏
等传感器，可以有效地测量人体体征，以获得人体健康数据。位于镜片中间上边的X光投射器，可以提供医学检测。民用型方案一个显著的特点
是采用了双摄像头设计。拉杆式结构的摄像头可0°～360°旋转，这种设计主要是为了视频通话时，摄像头能够清晰地摄取到用户的面貌。
双摄像头设计的最终目的是为智能眼镜系统提供3D手势输入，同时为3D影像制作创造条件(最新的谷歌概念手机已经采用了4个摄像头
以获取3D手势信息)。此外，智能眼镜系统还为用户提供触控板输入和语音输入，以耳机为轴心的麦克风为系统提供清晰的语音输入，眼镜镜
片中间上边的激光投影，为将来的激光键盘输入提供可能。3．2军用型方案军用型方案采用一体式头盔结构设计，这种结构主要是考虑飞行员
使用，而作战、反恐单兵也可以采用此类设计，军用型智能眼镜的结构如图2所示。图2军用型智能眼镜方案Fig．2Thedes
ignschemeofmilitaryintelligentglasses相比民用型智能眼镜来说，军用型智能眼镜的功能
要少一些，但其显著的优点是结实牢固，可靠性高。考虑到飞行员的佩戴舒适性，头盔宜采用重量较轻的材料制作，某些特种材料的头盔可以保护弹
片之类外来的伤害，具备了移动互联功能的智能眼镜，享有大数据信息服务，作战时可以通过网络共享敌我双方信息和协同信息交互。此外，在夜晚
或者雨雾天气，军用型智能眼镜可以借助于红外夜视仪进行远距离探视。在通用航空方面，对于没有平视显示器(HUD)的轻型通航飞机，
这样的头盔式智能眼镜基本上可以当作HUD使用，而且它有着HUD所不具备的强大功能。当前图像识别技术不断发展，对地面、空中目标
的图像特征识别已经日趋成熟，通过智能眼镜内置的软硬件处理，便可实现对地面、空中目标的识别，以及反恐场合下对罪犯脸谱的识别。与此同
时，关于敌方威胁目标接近一定距离时的智能告警，以及周围环境条件、士兵身体健康状态等信息均可以通过智能眼镜以声音和图像的方式提醒用户
，并经过专家智能决策系统处理后给出应对方案。3．3智能眼镜的工作流程无论是民用型还是军用型智能眼镜，其工作流程通常是首先选择工
作模式，然后根据不同的工作模式，综合外界各种输入信号和操作，进行显示和处理。民用型智能眼镜的一般工作流程如图3所示。图3智能
眼镜的工作流程Fig.3Workflowofintelligentglasses图3所示为民用型智能眼镜的通用工作
流程，而专业的医疗型、军用型智能眼镜同样有类似的工作流程，以及相应的处理方式和内容。3．4主要功能构想根据智能眼镜使用的场景和
需求分析可知，不同的智能眼镜有其相应的配套功能。同时，为了保证系统的运行速度，同种智能眼镜在不同的工作模式下也需要尽量删减去不必要
的功能触发和后台运行。民用型和军用型智能眼镜的功能矩阵见表3。以民用型智能眼镜为例，智能眼镜可能的技术要求如下所述。1)接口：蓝
牙、WI-FI、3．5mm耳机插孔、语音输入、激光投影键盘、触控板、3D手势输入、眼部传感器技术、HDMI输出等。2)安全保
护：虹膜识别+语音识别等。3)音频、视频播放，高保真耳机、双高清摄像头，3D影像制作。4)操作系统：Androi
d或iOS或WPhone可选。5)网络模式：GSM，TD-SCDMA，WCDMA，TDLTE，FDD-LTE，2G，3
G，4G网络兼容。6)GPS+北斗定位。7)传感器：温度、压敏、光线等传感器。8)NFC(近距离非接触智能芯片
)快速名片交换、移动支付。9)配套设备：全键盘输入设备(通过蓝牙或2．4G技术)。10)更换镜片：双镜片可直接观看108
0P分辨率3D影像(含近视、远视矫正)，偏振用于观看其他3D影视，偏光、透光用于保护眼睛，红外镜片用于夜视，X射线镜片用于
医疗。11)镜片模式：工作模式、无效模式(相当于普通眼镜)。12)供电：高性能大容量电池+太阳能电池。表3智
能眼镜的功能矩阵Table3Functionmatrixofintelligentglasses4该设计方案和当
前市场主流产品相比所具备的优点智能眼镜以及类似穿戴设备的发展日新月异，包括谷歌、苹果、微软等国际IT巨头也都投入巨资进行研发拓
展。说到智能眼镜，首先就会提到Google的增强现实(AugmentedReality，AR)眼镜。它由一个小摄像头及投
影仪组成，在右眼镜片上显示，内置的摄像头可以通过语音命令等输入方式来进行拍照或摄像操作，和手机的点触方式有所不同。另外，还可以通过
谷歌眼镜上的微型投影仪来查看地图、电子邮件，并支持与Android和iOS设备连接，使用3G网络等。用户所看到的相关的信息也
可以通过截图共享给网络上的其他用户。苹果公司在2010年就拿到了增强现实眼镜的专利，其侵入式智能眼镜iGlass与Googl
e眼镜不同，专利申请书中描述了苹果公司的AＲ眼镜会通过一个LCD投影通过特质的镜片，直接将图像反射到使用者的瞳孔上，以获得更真
实、视角更广的画质。苹果公司的专利说明书提到，AR眼镜将在左右眼角各置一个图像投影器以防止运动造成的头晕。也有消息称苹果公司将把A
R眼镜加入到iPod家族中，方便用户使用iPod观看高清、3D电影。微软的AR眼镜专利申请书中提到，微软的眼镜不会像Goo
gle眼镜那样须全天佩戴，而专注服务于现场活动，比如体育赛事和演唱会，所以比较其他两种眼镜，微软的AR眼镜是名副其实的“增强现实
”眼镜。当佩戴微软AR眼镜时，不再需要望远镜，它可以放大画面，并提供有用的信息，比如看体育比赛时，画面会自动缩放，运动员的周边会自
动生成文字解说，包括运动员的号码和简历；而观看演唱会时，在放大图像之余，还能自动滚动歌词。当然，由于该公司AR眼镜的专利是在20
11年申请的，因此，目前微软公司的R＆D部门一定已经有了进一步的改进。本方案吸取了其他产品的一些优点，同时又有自己的独特之处。
下面说明本方案(以民用型为例)一些主流产品之间的区别和优点。4．1功能对比从表3中已经可以看出本方案的基本功能，本方案和
一些主流产品之间的功能对比见表4。表4本方案和一些主流产品之间的功能对比Table4Functionalcompari
sonbetweenthisschemeandsomemainstreamproducts4．2成像系统对比分析
智能眼镜的关键技术之一无疑是其小型化的光学成像系统。谷歌、苹果、微软等智能眼镜使用的核心技术被称为增强现实技术(AR技术)，该技
术是在虚拟现实(VR)技术的基础上发展起来的，它将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而使用户达到超越现
实的感官体验。简单地说，谷歌眼镜成像原理为通过一个微型投影仪和半透明棱镜，将图像投射在人体视网膜上。当前谷歌眼镜的单棱镜投影设计会
带来显示不够清晰且易造成左右眼不协调等问题，据分析，新一代的谷歌眼镜将采用双镜片设计，从而具备了直接观看3D影像、图像的可能。
和AR技术不同的是，首款商用虚拟视网膜显示(VRD)智慧眼镜，借助德州仪器(TI)数位光源处理(DLP)技术，Aveg
ant公司已率先业界量产采用VＲD技术开发的第一代遮蔽双眼式智慧眼镜———轮廓(Glyph)。Glyph的关键技术在于V
RD的光学引擎是运用低功率的发光二极体(LED)，结合一组特殊光学镜片和微镜面阵列组合而成，可让影像变得更清晰鲜艳。本方案采
用双镜片投影设计，更倾向于VＲD技术。根据用户日常生活习惯，智能眼镜的显示内容(通常为文本及图像等)在距人眼2m以内、大
小100in(1in=2.54cm)以下的区域进行显示已经能获得较佳效果，而分辨率通常在1080P高清或4k以
上显示效果更好。另外，特殊用户对多种功能镜片可更换提出了要求，这点在本方案中也有提及。镜片可更换不仅考虑到了近视、色盲等特殊用户
的使用，而且将会开拓在很多例如医学、军事范围里的使用。5结束语本智能眼镜方案涉及到诸如3D手势、3D影像制作、激光键盘输入等多种较为前沿的技术，虽然当前有些技术仍不成熟，但需求和趋势决定了它们在不久后即将实现。中国在移动互联、可穿戴设备等领域的发展相比发达国家还较为落后，虽然国内市场上拥有自主知识产权的可穿戴产品也在不断涌现，但在高端光电部件及加工工艺、材料处理技术上仍存在一定差距。不过，在巨大的消费电子市场的推动下，相信我国在该领域应该会有较大发展，并诞生世界知名的产品和品牌。在移动互联网技术高速发展的今天，包括智能眼镜之类的可穿戴设备将会走进千家万户，人们将会越来越体会到在科技的引导下，没有什么是不可能的。《奥芯方案内容期刊研究》第05卷第03期智能眼镜方案2018年05月09日