眼動追蹤對于AR眼鏡的重要性不言而喻

眼動追蹤對于AR眼鏡的重要性不言而喻，現(xiàn)階段用于AR頭顯的眼動追蹤方案主要都是紅外（IR）LED來實現(xiàn)的，但是精度并不算高，除非愿意在脖子上再加幾斤鐵倒是可以得到高精準(zhǔn)度。

頭戴式眼動追蹤精度不高的問題，主要可以提到兩點。我們寫過很多文章，經(jīng)常提到AR眼鏡在戶外運作的挑戰(zhàn)，這次也不例外，戶外的強光會對紅外的效果產(chǎn)生影響，而且在戶外廣闊的視野的條件下，一點點的錯誤都會被放大無數(shù)倍，將會強烈的影響到用戶體驗感。在短距離下使用，就體現(xiàn)不出來這種缺點了。

其次，我們可以把人眼認(rèn)為是一塊凸鏡，對于光線是有折射率的，這將導(dǎo)致光線彎曲。從而使得眼球位置、注視角度、瞳孔半徑都產(chǎn)生了誤差。而解決方案里其實是忽略了這一點，誤差自然而然是出現(xiàn)了。這種誤差通常能達(dá)到1度，甚至更多。

還不僅僅是凸面的關(guān)系這么簡單，而是與眼角膜的性質(zhì)有關(guān)。在角膜的頂部不會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，而在角膜的底部，就會產(chǎn)生屈光現(xiàn)象（也就是發(fā)生折射）。

而且傳統(tǒng)方案不會考慮到眼鏡的滑動會對眼動追蹤造成的影響。

Pupil Labs在其研究中則希望解決這些缺點，而且很輕便，只需要一個攝像頭就可以完成這項任務(wù)了。讓我們一起來看看吧。

采用了攝像頭而不是紅外，第一個問題自然而然就迎刃而解了。對于角膜而言，我們第一個要解決的是它折射率的問題，因為在不同的位置角膜的折射率是不同的。通過將眼球視為球形，通過數(shù)學(xué)模型計算，這就得出了各個位置上角膜的折射率。

對于眼球位置的估計，使用的方法是回歸模型的方法，這種方法適合于3D眼睛模型的構(gòu)建，并可以對注視進行估計。通過一個或多個攝像機從眼睛中獲取的面部特征加上從模型中獲取的眼睛特征，就可確定眼睛的相關(guān)參數(shù)。

至于注視方向的估計方法，使用的方法是利用3D眼睛模型進行估計的。傳統(tǒng)方法也是 這樣進行的，但是在考慮到眼睛的折射后，就不一樣了，即虹膜的2D輪廓不再是3D虹膜的簡單投影了，尤其是在一些角度更加傾斜的使用環(huán)境下。

對此，Pupil Labs拋棄前人的假設(shè)，使用的是單個相機的圖像，來進行折射建模估計眼睛注視的方向。

要確定瞳孔的輪廓和半徑，第一個就必須要找到瞳孔的中心。傳統(tǒng)方法假設(shè)3D瞳孔的中心就是2D瞳孔的中心，這也是一個忽略了折射的一個簡單假設(shè)。Pupil Labs在這里也同樣拋棄前人的方法，使用其眼睛模型來估計。

他們假設(shè)3D眼睛模型由兩部分球體組成——眼球和角膜。眼球的中心位于E =（sx，sy，sz），曲率半徑為rc，外層覆蓋著不透明的鞏膜。角膜的中心為C，曲率半徑re，為透明。但是也為了便于計算，設(shè)定角膜內(nèi)的房水為均勻介質(zhì)，有效折射率n=1.3375，虹膜和瞳孔為同心圓，法線平行。光軸為EP線（通過校準(zhǔn)獲得），下面偏移的線就是視軸。

具體的模型計算丸子醬就不多言了（畢竟看不懂。。。大家看了也頭大），直接來說結(jié)論吧。

綠色的是Pupil Labs的數(shù)據(jù)，紅色的另一個方案的對比組。

在注視角度變大的時候（也就是斜著眼睛看人），對比組誤差指數(shù)型增長，甚至能達(dá)到15度的誤差。而Pupil Labs的數(shù)據(jù)結(jié)果十分穩(wěn)定，無論什么時候性能都十分良好。但是由于模型問題，還會存在離散誤差，對結(jié)果的正確性有一定的影響，而且其模型還是存在一定的系統(tǒng)誤差的。

Pupil Labs提出的新型眼動追蹤方案，就傳統(tǒng)方案忽略了眼角膜折射而造成的誤差進行了改正。研究也證明紅外方案的確會有較大誤差和局限性，不顧Pupil Labs的方案似乎還存在一點點問題，不知道完善后能不能得到應(yīng)用呢。