相机|Meta眼球追踪研究:采用事件相机,采样率可达kHz级

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扎克伯格在访谈中曾指出下一代Quest的重点是面部和眼球追踪技术 , Project Cambria也将配备眼球追踪技术 。 尽管如此 , 眼球追踪依然是Meta需要解决的一大研发难题 , 这项技术在普遍适用性、延迟、准确性等方面都存在挑战 。



从Meta Reality Labs公布的最新论文来看 , 其正在探索一种基于事件相机的眼球追踪方案 。 那么什么是事件相机呢?它的英文名为Event Camera , 是近几年来出现的相机技术 。
事件相机与传统相机的数据回传格式不同 , 它采用一种异步的通讯方式 , 也就是说设备之间的时钟不同步 , 事件相机不是事实回传捕捉到的数据 , 而是在捕捉到亮度等像素变化(事件)时 , 才会回传数据 。
简单来讲 , 事件相机类似于人眼的工作原理 , 主要功能是捕捉物体的变化或运动 。
Meta指出 , 事件相机可以低功率运行 , 响应延迟可降低至微秒级 。 这些特性有望解决现有眼球追踪技术在实时性、功耗上的局限 , 甚至有望带来适合AR/VR头显等移动设备的眼球追踪技术 。
关于Meta眼球追踪方案
目前 , 眼球追踪系统常见的设计是采用闪烁的灯光照亮角膜来捕捉数据 , 这种方案只需要稀疏的数据即可运行 。 这说明眼球追踪系统的采样率不需要非常高 , 因此科研人员预计即使用事件相机也足够 , 尽管事件相机在捕捉到运动时才拍照 , 但只要捕捉到关键数据 , 也能计算出眼球变化 。



该方案与传统眼球追踪技术最大的区别是 , 它没有固定的采样率 , 也不是对所有像素采样 , 而是主要回传像素亮度的变化数据(带有时间信息) , 在变化产生时才会采样 。 尽管采集的数据较少 , 但准确性和效率足够好 。
事件相机的另一个优势是具有高动态范围(≈120dB) , 几乎没有运动模糊 , 而且比传统相机功率更低 , 延迟可低至亚毫秒级别 。
Meta表示:这是首个完全基于事件的角膜闪烁/眼球追踪方案 。 其原理是 , 光源照在眼角膜上 , 产生的反射光进入图像传感器中 , 显示为可见的数据 。 这些数据可以用于定位角膜的运动 , 从而预测注视点 。
加密的差别照明
科研人员指出 , 眼睛通常由两种表面组成:1)像镜面一样的角膜 , 可对光源产生镜面反射;2)皮肤、虹膜和巩膜等朗伯表面 , 它们会漫反射光线 。



在追踪眼球过程中 , 为了避免光源照到皮肤、虹膜、巩膜等其他部位而产生误差 , 该方案采用的每个光源都有配套的补偿光系统 , 以保持总亮度不变 。 在不影响角膜的镜面反射的情况下 , 抑制了场景漫反射产生的事件 。
为此 , Meta设计了名为“加密的差别照明”(Coded Differential Lighting)的照明方案 , 特点是可增强镜面反射事件 , 同时抑制其他事件 , 而且在事件触发时才闪烁 , 在标准硬件上的采样率为kHz级 。



该方案采用双LED光源 , 可提升角膜镜面反射检测的效率、准确性 。 为了照到光源和角膜反光/闪烁的对应关系 , 其采用二进制模式 , 让光源脉冲在两个周期运行 。

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