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智慧眼鏡 擁抱眼前新視界
解放雙手由眼開始

【作者: 陳韋哲】   2013年12月30日 星期一

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雖說行動裝置設備仍為市場持續聚焦的重點寵兒,但穿戴式智慧裝置可說是以後起新秀之姿,成為近期市場相當活絡的話題產品,特別是在Google正式發表Google Glass智慧眼鏡後,連帶著三星與蘋果等科技大廠著手佈局穿戴式智慧手錶的傳聞消息也開始甚囂塵上,紛紛透漏出積極布局穿戴式市場版圖的野心。


自從Google針對開發人員發佈Google Glass智慧眼鏡開發者版本以來,縱然隱私權以及法令相關爭議問題風波不斷,仍不可否認其有別於行動裝置的操作模式以及視覺新體驗,讓不少消費者引頸期盼能夠儘快使用到針對一般消費者開發設計的Google Glass消費者版本。


以擴增實境拓展應用體驗


根據Gartner市場調查機構預測,智慧穿戴式裝置未來不僅將改變人類使用行動裝置的操作習慣,更將進一步整合資訊、醫療、健康等功能應用向上成長,預估2016年市場產值將超過百億美元。而IHS全球透視分析師Shane Walker也預測,智慧眼鏡在未來三年,預估市場成長動能將可望達到10~20億美金,更在2016年全球將出貨達1000萬支。


智慧眼鏡的設計取材原是來自於頭戴式顯示器,採用的原理主要是透過微型投影器以及半透明的光學元件,將影像畫面投射並聚焦至人類眼睛的視網膜上。與行動裝置設備最大異同處在於,其不僅擁有配戴上的便利性,更提供使用者眼前彷彿擁有一個大尺寸螢幕的可視畫面。即便智慧眼鏡市場規模目前仍為萌芽階段,但其憑藉著擔任智慧手機的第二個顯示螢幕的重要角色,勢必成為穿戴式裝置吹起一波新浪潮,並引領消費電子產品步入新局面的革命性產品。


智慧眼鏡所採用的核心技術主要為擴增實境(Augment Reality,AR),可以將虛擬物件、場景以及即時資訊與眼前的自然現實場景完美結合,讓使用者得以跨越在聽覺或是視覺上的先天限制,進一步地拓展資訊的擷取廣度。


隨著智慧手機或是平板電腦等行動裝置持續朝向中大尺寸螢幕靠攏,而身為穿戴式裝置成員的智慧眼鏡,為的就是要讓使用者在配戴時能夠更加舒適,自然不能忘卻穿戴式裝置的基本設計原則(兼具行動、智慧、輕薄、時尚四大特性),以便提供使用者在視覺感受上有不同於以往的新體驗。



圖一 : 配戴Google Glass智慧眼鏡右眼所看到的虛擬顯示視窗畫面。(圖/ images.lainformacion.com)
圖一 : 配戴Google Glass智慧眼鏡右眼所看到的虛擬顯示視窗畫面。(圖/ images.lainformacion.com)

圖二 : 智慧眼鏡的核心技術為擴增實境,可以將虛擬物件、場景以及即時資訊與眼前的自然現實場景完美結合。(圖/www.weartechpro.com)
圖二 : 智慧眼鏡的核心技術為擴增實境,可以將虛擬物件、場景以及即時資訊與眼前的自然現實場景完美結合。(圖/www.weartechpro.com)

智慧眼鏡關鍵技術:微型投影


打破傳統的螢幕顯示方式,Google Glass智慧眼鏡改由投影的模式顯示,其原理是透過微型投影器將光投射至一塊反射螢幕後,再透過一塊凸透鏡折射到人體眼球。如此一來,就能夠在使用者眼前形成一個25吋的大型虛擬顯示螢幕(以Google Glass為例,其顯示解析度為640 x 360)。其影像畫面是以幾近透明、穿透的形式,並以不影響配戴者觀看自然環境的顯示模式呈現。舉例來說,當配戴智慧眼鏡的使用者接近知名景點或是餐館、人物時,智慧眼鏡的投影螢幕便會自動彈跳顯示相關景點、人物資訊供使用者參考或是查閱更詳細的細部訊息。



圖三 : LCoS內部面板結構圖。(圖/ blog.vectorform.com)
圖三 : LCoS內部面板結構圖。(圖/ blog.vectorform.com)

圖四 : Google Glass智慧眼鏡硬體規格一覽表
圖四 : Google Glass智慧眼鏡硬體規格一覽表

想要將影像及相關資訊畫面透過智慧眼鏡呈現在使用者眼前,就必須借助微投影顯示技術來完成這項使命,目前主流的微投影顯示技術可分為數位光源處理(DLP)、微機電系統(MEMS)雷射、液晶覆矽(LCOS,Liquid Crystal on Silicon)微型投影機等。其中,DLP技術是以一種微機電(MEMS)元件為基礎,稱為數位微型反射鏡元件(Digital Micromirror Device,簡稱DMD),DMD微晶片上面包含數量龐大的超小型數位光開關,面積相當微小、並由鋁金屬製程的絞接式反射鏡,可以接受電子訊號代表的資料字元後,產生光學字元輸出。


雖然DLP能接受數位視訊,並產生一系列的數位光脈衝,當這些光脈衝進入眼睛後,人類的眼睛會把它解譯成為彩色類比影像。不過,由於DMD複雜的週邊配置電路體積較大,再加上,MEMS元件的高頻率開關也會發生功耗過高的問題,因此DLP截至目前沒有普遍應用到頭戴式顯示器領域。而LCoS微投影顯示技術因具有省電、體積小、虛擬螢幕尺寸優勢,適合應用在智慧眼鏡產品(Google Glass智慧眼鏡採用的便是台灣立景光電的LCoS微投影顯示技術),讓使用者能夠獲得猶如大尺寸畫面的視覺享受。


LCoS是一種採用CMOS backplane半導體製程技術的CMOS晶片,其最大特點在於基底所使用的材質為單晶矽,因此在電子移動率上有不錯的表現。再加上,單晶矽能夠形成較細的線路,因此較容易實現高解析度的投影結構,反射式成像也不會因光線穿透面板而大幅降低光利用率,因此進一步提升了光效率。


此外,LCoS不僅具有高解析、高品質及低成本的優勢,尤其目前業界已有支援960MHz調變率的LCoS解決方案,故可以避免DLP常見的彩虹效應。正因為LCoS不僅承襲了LCD技術的優勢,同時又克服LCD的缺點,讓它成為熱門的智慧眼鏡投影候選技術。


工研院發展凌空觸控技術


為了不讓Google Glass智慧眼鏡專美於前,許多LCoS微投影顯示模組供應廠商(Google、Sony、美商晶典、Himax、禾鈶、Varitronix、JVC等公司)正摩拳擦掌,準備角逐這個頭戴式應用新興市場。工研院電光所也趁勢在這波穿戴式智慧眼鏡浪潮下,推出頭戴式顯示器凌空觸控技術Air Touch。工研院電光所副所長刁國棟表示,穿戴式裝置的成功關鍵在於其人機介面的設計,以Google Glass來說,主要是透過語音聲控和觸控方式來進行操作,操控性仍有待加強。


相較於Google Glass只能單眼檢視,使用者要進一步檢視圖片,還必須觸碰智慧眼鏡旁側的按鈕才行,工研院研發的Air Touch技術透過內建於顯示器上的感測器,能夠準確地判斷出使用者的手指空間位置,僅需揮揮手或是動動手指就可以對距離眼前30公分的10吋虛擬顯示螢幕來場隔空觸控操作。在應用上,除了能夠達到收發訊息或是上網瀏覽等基本功能,未來更能進一步應用到工業應用或是醫療內視鏡手術協助醫生即時查看病患病例資訊。



圖五 : 智慧眼鏡即將開啟穿戴式裝置新一波戰區。(圖/s3.amazonaws.com)
圖五 : 智慧眼鏡即將開啟穿戴式裝置新一波戰區。(圖/s3.amazonaws.com)

結論


雖然智慧眼鏡看似即將成為下一波穿戴式裝置的重要焦點,不過目前穿戴式設備仍然處於各家公司進行市場試探階段,減低重量、功耗、模組尺寸以及提高流明仍為努力的重點關鍵。即便消費者對於新事物的接受度越來越高,但想要真正引爆市場需要經過3~5年的技術醞釀期。而Gartner的市場研究報告也指出,智慧眼鏡的普及的速度並不會跟想像中那麼快,反而速度會來的相當慢,因為智慧眼鏡的優勢在於應用和服務提供,所以並不會像智慧手機那般能夠滿足一般消費大眾。


此外,目前智慧眼鏡不管在價格上、相關應用程式開發、顯示技術、以及最為人所詬病的個人隱私安全性等問題仍備受市場考驗,還必須透過立法與技術磨合來逐一克服,並且在使用體驗上能夠讓使用者產生依賴感,才能進一步在商用或是一般消費市場更加普及。


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