影響生活的科技產品

根據尼爾森最新研究顯示，美國平板電腦的市場正在升溫，平板電腦的使用者減少使用其他數位載具，如桌上型電腦和筆記型電腦。43 % 的人表示，他們會與家人共享平板電腦；8 % 的人表示，雖然其他家庭成員擁有平板電腦，他們卻無法使用。27 % 的人表示，較少或根本沒有使用電子閱讀器；四分之一的人減少使用可攜式遊戲機。
調查發現，超過三分之一（35 ％）平板電腦的擁有者表示，他們“較少或根本沒有” 使用個人電腦。將近三分之一（32 ％）的人表示，他們花較少的時間在筆記型電腦。整體而言，只有 3 ％ 的平板電腦使用者聲稱，已停止使用他們的桌上型電腦；2 ％ 的人表示，他們不再使用他們的筆記型電腦。
消費者移情別戀的主要因素為，平板電腦具備可攜帶性（31 ％）、方便使用（21 ％）和更快速啟動和關機（15 ％）。真正在乎平板電腦是否短小輕薄的人，比率比預期中低了許多，在乎重量的人約有 7 ％；在乎尺寸的人也只有 12 ％。
根據AdMob的研究發現，77 ％ 的平板電腦用戶減少使用個人電腦和筆記型電腦；超過四分之一（28 ％）的人，平板電腦已經成為他們最重要的數位載具，68 ％ 的人每天使用平板電腦至少 1 小時。43 ％ 的人使用平板電腦的時間超過桌上型電腦和筆記型電腦。三分之一的人花費的時間比看電視還多。
平板電腦主要用於玩遊戲、瀏覽網頁和收發電子郵件。84 ％ 的人用於玩遊戲；78 ％ 的人用於瀏覽網頁；74 ％ 的人用於收發電子郵件。使用平板電腦的高峰期是在夜間及家裡，82 ％ 的人在家裡使用平板電腦；69 ％ 的人平日相對於週末更頻繁；62 ％ 的人經常在夜間使用。

 

[創新趨勢] 身體就是控制器：初探Kinect背後的3D測量技術

 

Posy by Marduk
在六月份的E3電子遊戲大展中，最受注目的焦點就是微軟預定於年底推出的Xbox 360體感週邊：「Kinect」，該週邊不但實現了電影《關鍵報告》中湯姆克魯斯自由自在地進行介面操作的經典一幕，也將《使用者介面沿革：從CLI、GUI到NUI》中提到的「自然介面」（NUI; Natural User Interface）概念帶入家庭娛樂生活當中。然而，究竟Kinect是如何偵測人體在螢幕前的活動，甚至是在空間中的縱深運動都有辦法辨識呢？本文將介紹隱藏在這背後的關鍵技術：「3D測量」。
3D測量的原理
Kinect與一般攝影機最大的差別在於它能夠進行3D測量，其與2D測量最大的不同在於多捕捉了「深度影像」（depth image），透過深度影像與2D影像的結合，我們能夠得到2D影像中每個像素的深度資訊，並將2D影像轉為3D影像。若持續動態地對某特定空間進行3D測量，則能夠進一步辨識物體在該空間中的縱深運動。
捕捉深度影像的方法很多種，依物體材質、辨識環境、辨識精密度等要素的不同，基本上可大略分成「接觸式」與「非接觸式」兩種。顧名思義，「接觸式」指的是透過實際接觸來獲得深度影像，如精密工業常使用的三次元量床（coordinate measuring machine），「非接觸式」則是透過音波、光學等方法進行深度測量，如一般常見的超音波測量。除了精密工業領域，絕大多數的3D測量都是採用非接觸式，其中最主要的技術為三角測距（triangulation）、結構光掃描（structured light scanning）、時差測距（ToF, Time of Flight）三種。
3D掃描技術：三角測距（Triangulation）

Source：http://www.inition.co.uk/inition/guide.php?SubCatID_=30
三角測距是最簡單、直接的測量方法，其原理非常簡單。首先發射一道雷射到欲測量物體上，接著用攝影機去尋找該物體上的雷射光點，雷射發射機、物體、攝影機三者之間的關係正如上圖所示，呈一三角狀。隨著物體與測量儀之間的距離不同（不論是實際移動或是物體本身表面的凹凸），雷射光點座落在攝影機上的位置也會不同，由於雷射發射機與攝影機之間的距離以及雷射射出的角度為已知，因此我們可以透過雷射光點座落於攝影機上的位置來求出其與測量機之間的距離。
三角測距的優點是非常準確，若進一步搭配手持式攝影機進行測量則更具彈性。然而，其最大的缺點在於測量速度以及測量距離。由於三角測距通常使用點測距，最多用到線測距，其測量時間會隨著被測物體的增大而急遽增加。此外，三角測距通常只能在幾公尺以內進行測量，不適合用在遠距離測量上。
3D掃描技術：結構光掃描（structured light scanning）

Source：http://www.stockeryale.com/i/lasers/structured_light.htm
首先解釋何謂「結構光」。「結構光」指的是一些具有特定模式的光，從最簡單的線、面到格狀等更複雜的形狀都有。而結構光掃描的基本原理就是將結構光投射到物體表面，再用攝影機攝取受物體表面影響的變形結構光圖像。如上圖所示，我們可以從該圖像分析出三種基本資訊：（1）根據三角測量原理，我們可以根據結構光落在攝影機中的位置可以計算出物體的距離（2）若結構光有變形，則可計算出物體表面的形狀變化（3）若結構光不連續，則表示物體之間有間隙。
結構光掃描的優點為可以處理大量的掃描活動、掃描的場域較大，掃描的速度也更快。其最大的缺點就是精細度不足，在追求掃描速度與場域而加大光投射面積的同時，也會遇到諸如遮蔽、材質反射等光學物理上的限制。
3D掃描技術：時差測距（ToF, Time of Flight）

Source：http://herkules.oulu.fi/isbn9514269667/html/c305.html
時差測距的原理為三種方法中最為簡單者，從字面上我們不難猜到，ToF就是計算光線飛行的時間。首先，發射一道光（雷射或紅外光），並計算該道光撞到物體後回來的時間差。由於光速為已知，透過時間差我們即可計算出距離。測量時間差的關鍵在於如何感應反射回來的光，較常採用的方法有「被動計數」與「主動開關」兩種。「被動計數」是透過砷化銦鎵晶片（Indium Gallium Arsenide）來紀錄每個像素感光的時間，「主動開關」則是透過開關鏡頭或開關感光元件（如CCD或CMOS）來取得一道光的兩段折返時間。目前業界的主流為「主動開關」，因為它能與光源發射器同步，以便測量特定區域、光源的折返。
時差測距的好處是演算法簡單且測量速度非常快，後者也是目前許多公司（如3DV、Canesta）著眼的重點，因為只有測量速度夠快才能應用至舉凡家庭娛樂、行動裝置等使用情境當中。然而，時差測距面臨的最大挑戰是環境光源及待測物體的表面特性，這些都會影響測量機感應光的準確度，進一步影響時間差的計算而錯估距離。
Kinect可能採用的技術：雷射散班測量（Laser Speckle）
談了這麼多，究竟Kinect是採用上述哪種技術，又會面臨哪些挑戰？在Kinect仍以Project Natal之名進行研發時，微軟收購了以色列公司3DV Systems，由於該公司的ZCam動態感應系統是採用時差測距技術，外界均揣測Project Natal一樣是採用時差測距為其測量技術。然而，今年四月微軟正式公佈，Project Natal採用的是另一家以色列公司PrimeSense的Light Coding技術，而非外傳的時差測距技術。而PrimeSense也公開表明，Light Coding不是傳統的時差測距，因為當前業界主流的主動開關設置要價甚高，不符消費性電子產品的成本要求。

Source：http://www.bb.ustc.edu.cn/jpkc/guojia/dxwlsy/kj/part2/grade3/LaserSpeckle.html
綜觀該公司的技術註冊文件，Light Coding技術可能是透過雷射散班（Laser Speckle）來對特定空間進行「標定」（register）的方法完成3D辨識。當雷射光射到粗糙物體或穿透毛玻璃時，會形成形狀完全隨機的斑點，如上圖所示。這些散班不但在同一平面上形狀完全不同，隨著距離變化也會有所不同。換句話說，投射到空間上的散班全部都不同，就像人類的指紋一般。接下來，我們只要針對待測空間按照一定距離取出參考平面，並紀錄每一個平面上所有的散班，如此一來之後只要有誤體在該空間中活動，我們就能透過比對散班來定位出該物體在空間中的位置。此一方法在概念上與結構光頗為類似，也同樣享有掃描時間快速、掃描面積廣大的優點，透過隨機形狀的雷射散班，我們還能夠進一步得到整個空間的定位資訊。
小結

Source：http://www.primesense.com/ch/?p=814
電影《關鍵報告》於2002年揭示的近未來想像並不遙遠，最快我們就可以在今年年底嘗試Kinect帶來的自然介面新體驗。雖然3D辨識要應用到家庭數位生活中仍有其技術、價格上的門檻，然而在不久的將來，我們將自由自在地用自己的身體與機器溝通，用自己的身體與資訊互動！