2016年被广泛以为是VR元年，跟着VR智能眼镜、VR跑步机、VR开麦拉等等VR虚拟实践产品相继问世，眼动追寻等相关技能开端进入高速开展阶段。这其间也能为用户带来更为震慑的视觉感触，跟着眼镜移动而进行场景的改换，这就像是咱们自己的眼睛相同，那这些VR产品是怎么完结眼球追寻技能的呢？本文介绍两种MEMS技能在眼动追寻中的运用。
什么是眼动追寻
眼动追寻（Eye Tracking），是指经过丈量眼睛的凝视点的方位或许眼球相对头部的运动而完结对眼球运动的追寻。眼动仪是一种能够盯梢丈量眼球方位及眼球运动信息的一种设备，在视觉体系、心理学、认知语言学的研讨中有广泛的运用。
移动端的眼动追寻技能也开端开展，苹果申请了若干相关专利，经过“该技能能够依据用户视野推迟显示屏操作的履行，还能够改动用户界面，生成并履行相关信息。例如，当用户输入文本时假如呈现拼写错误，且眼睛正在凝视错词，体系将自动批改；假如设备发现用户的视野没有凝视错词，体系将推迟批改。苹果以为该功用能够让操作更直观。”（该描绘来自苹果2012年9月提交的专利申请）
LG和三星也曾推出过具有眼动追寻技能的手机。如三星Galaxy SIII就能够经过检测用户的眼睛情况来操控锁屏的时刻，一起眼球还能够来操控页面的上下翻滚。
无创眼动追寻
一种比较常用的无创眼动追寻办法为视频/图画捕捉。摄像头拍照得到眼部图片，具有一些能够提取的特征，经过某些图画处理的算法提取出这些特征参数，然后确认眼球方位，用于判定人眼凝视的方向和方针，计算结果由处理器CPU反应于你所运用的VR/AR设备上。
依据7invensun的介绍，眼图录像法和角膜反射法都归于该类办法。
眼图录像法首要是经过辨认眼球的特征如瞳孔外形、异色边际（虹膜、虹膜鸿沟）、近距指向光源的角膜反射来完结眼动盯梢。依据云视频的宣扬，其所说到的能够读懂人“目光认识”的视频技能，便是根据此项技能。但是虹膜辨认+瞳孔运动辨认尽管能够捕捉人眼的动作但却无法检测到人眼的凝视点，这才是最硬的伤！
首要虹膜辨认和瞳孔辨认都是根据一个平面的，要丈量凝视点就必须确保头部是固定的，让眼睛同头和凝视点的相对方位共同才能够。人眼作为人体最精密的器官之一，凝视点搬运仅需求一个细小的动作，而人类只是因为呼吸而构成的头部动作就足以让丈量误差构成定位偏移。然后咱们再退一万步讲，即便头部是固定的，关于虹膜的辨认也没那么简略，欧洲人的人眼特征较为显着，辨认相对简略，但也不是一个家用一般摄像头就能够判别眼球特征的，而亚洲人瞳孔多为深褐色，人眼特征较弱，一般摄像头简直无法捕捉。因而从云视链的眼球追寻技能的起点来说，经过目光就能推送出你想要的信息是不或许的了！
角膜反射法是现在眼球追寻范畴广泛认可并运用的办法，首要经过摄像头捕捉人眼特征，经过算法建立人眼二维或许三维凝视点估计模型，经过算法判别人眼动作和凝视点。眼球的特别结构会构成一到多个浦肯野像，根据这种办法的眼球追寻一般定位榜首浦肯野像，经过定标过程，能够丈量出处在笔直平面实践定标点外表上人眼的凝视点。
有创眼动追寻
有创手法包含在眼睛中埋置眼动测定线圈或运用微电极描记眼电图。眼电图（electrooculography ）检测办法经过电极丈量当眼球移动时的电位改变，其原理是眼球能够被考虑为偶极子。其长处是本钱低，但普及型差。
图示为眼电图办法及搜集信号示意图
MEMS技能与眼动追寻相结合
技能长处
MEMS（Micro electro mechanical systems，微机电体系/微机械/微体系），是选用微电子技能、集成电路技能及其加工工艺制造而成的微米等级机械器材。MEMS往往会选用常见的机械零件和东西所对应微观模仿元件，例如它们或许包含通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。
MEMS传感器、驱动器相同能够完结眼球追寻功用，而且具有极大的开展潜力。MEMS器材的特征长度从1毫米到1微米，相比之下头发的直径大约是50微米。MEMS器材首要长处是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器/驱动器的主力军，正在逐步替代传统机械器材。
其本钱有或许经过工艺优化、批量出产大幅度下降，首要原因是因为MEMS出产不同于传统加工制造出产，MEMS选用相似于集成电路的制造工艺，因为产品体积小，在一个二十厘米的硅片上可一次性出产出上千器材。若单个MEMS传感器芯片面积为5mmx5mm （也有很多MEMS传感器能够小于毫米标准），则一个8英寸（直径20厘米）硅片（wafer）可切割出约1000个MEMS传感器芯片，分摊到每个芯片的本钱则可大幅度下降。因为具有上述优势，根据MEMS的眼动追寻体系在AR/AR体系中具有不行比较的优势，也将成为VR/AR设备小型化、低本钱化的重要本钱。
图示为8英寸硅片上的MEMS芯片（5mmX5mm）示意图
图示为硅片，其上的重复单元可称为芯片（chip 或die），每个重复单元可含有若干MEMS传感器，乃至包含相应的集成电路。
技能原理（苹果专利及滑铁卢大学效果）
下面介绍MEMS眼球追寻技能一项来自苹果专利（微型眼动追寻体系与办法US 20150238079 A1），该苹果专利为可运用与移动端的微型眼动追寻体系与办法。其专利介绍如下：
本发明公开了一种微型眼动盯梢体系，包含一个摄像头（应是与MEMS巨细附近的微型摄像机），一个微机电体系（MEMS）设备和处理器。相机拍照眼睛的图画，MEMS设备操控相机的视角方向，处理器接纳来自相机的眼睛的图画，确认相机图画内的眼睛的方位，并操控MEMS以坚持相机指向眼睛。
该办法首要由相机拍照取得眼睛的图画，然后处理器经过该图画确认图画内眼睛的方位，并操控MEMS以坚持相机指向眼睛。在另一个实例中，该微机电体系设备操控相机的可调焦距。首要由该处理器确认眼睛图画的聚集情况，再经过MEMS设备调整摄像机以坚持所需的聚集条件。在所提及的第三个实例中，该MEMS设备能够操控相机变焦。该处理器确认眼睛在全体图画中的巨细，然后经过MEMS设备操控摄像机以坚持眼睛图画在全体相机图画内的特定巨细。
图示为苹果根据MEMS的眼动追寻示意图
因为MEMS驱动器极小（可从0.1微米至几个微米），能够直接运用于手机等移动端的微型眼动追寻体系中。上图展现了一个选用MEMS驱动器对摄像头进行移动/滚动来操控拍照的比如。首要原理为选用两个MEMS驱动器（1405a和1405b）衔接渠道（底座）和摄像机及镜头。两个MEMS驱动器中，一个衔接在摄像机一侧来发生水平方向的移动，另一个衔接在底部或顶部来发生笔直方向的移动。
专利中并没有特别指出选用何种MEMS驱动器，专利更侧重于构建这样一个体系。实践MEMS中有十分多的办法能够完结弹性。MEMS常用的弹性结构有绷簧spring，spring大部分归于被迫器材。自动弹性的话能够经过热胀大（加热之后物体胀大，比如有双晶片）、压电效应（加电之后发生力以及相应的位移）或静电驱动（经过静电力发生位移）。
MEMS的绷簧结构
MEMS中一些自动位移结构
另一项来自加拿大滑铁卢大学（N.Sarkar：SCANNING DIFFRACTIVE OPTIC ELEMENTS FOR UNTETHERED EYETRACKING MICROSYSTEMS）的MEMS眼动追寻技能则是彻底根据MEMS器材的计划，取消了体积较大的摄像头。
眼睛与眼角膜具有不同的直径，这是该规划的原理根底。该计划经过选用下图所示的简略规划然后完结在尺度、价格、功率、带宽、准确性上的改善。
该规划运用一束低辐射（1-10μW/cm2），红外（850nm）、发散（50mrad）的光束。光束从激光源宣布后射向扫描仪scanner，扫描仪scanner具有一个平面，功用相似于镜子，将入射光束反射。再由扫描仪scanner操控该光束射向眼角膜，然后从角膜外表反射（在掠射角从60？到90？）到一个光电二极管。光电二极管的作用为承受光信号，发生电信号。输出电信号随输入光强增大而增大。跟着眼睛的滚动，扫描仪scanner操控光束追寻眼角膜上能够使光电二极管承受到最大信号的点。
值得注意的是，其光电二极管的外表可作为一个空间滤波器，使其不需求大面积平整的微镜。相应地，该规划运用了一个300微米巨细的扫描仪（Fresnel zone plate scanner）。其支撑anchor能够完结扫描仪scanner两个自由度（蓝色支撑以及赤色支撑均可旋转）的偏转，能够完结光束的较大规模操作。
下图为另一种相同具有两个自由度的扫描仪scanner，其作业原理与上图相似，经过支撑anchor的旋转对扫描仪进行旋转，然后操作光束的视点。其间间载荷为笔直摆放的两个cylindrical lens patterns用以投射十字准线（crosshair）。
进行颜色描绘后的扫描仪scanner的扫描电镜图，其全体尺度小于一毫米（1000微米）
其制造的扫描仪scanner模块产品原型
结语
2016年被广泛以为是VR元年，眼动追寻等相关技能开端进入高速开展阶段。本文介绍两种MEMS技能在眼动追寻中的运用。跟着游戏文娱、虚拟实境、乃至智能手机对眼动追寻需求日益旺盛，MEMS技能将经过其不行比较的体积优势为眼动追寻供给严重改善，打造出更具便携性的VR/移动设备，然后大幅提高用户严苛的体会诉求，在虚拟设备中进一步协助用户到达实在的感触。
