Objekte in virtuellen Welten über Infrarot-LEDs steuern

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit infraroten Licht lässen sich Blickrichtung und Augenbewegungen von Nutzern bei VR-Anwendungen erkennen. Ein japanisches Start-up setzt dabei auf Osram Opto Semiconductors.

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Im Headset einer VR-Brille sind infrarote LEDs verbaut, um die Augenbewegungen und die Blickrichtung der Nutzer zu erfassen.
Im Headset einer VR-Brille sind infrarote LEDs verbaut, um die Augenbewegungen und die Blickrichtung der Nutzer zu erfassen.
(Bild: Osram Opto Semiconductors)

Mit einem Headset für Eye-Tracking bietet das japanische Start-up FOVE den Nutzern von Virtual Reality eine neue Form der Interaktion. Winzige ChipLEDs von Osram Opto Semiconductors liefern das infrarote Licht, mit dessen Hilfe die Blickrichtung und Augenbewegungen der Nutzer nachverfolgt werden.

Das geschlossene Headset schottet die Nutzer von ihrer Umgebung ab und lässt sie vollständig in eine andere Welt eintauchen. Um ein authentisches virtuelles Erlebnis zu bieten, beobachten Sensoren die Nutzer und integrieren deren Standort sowie deren Bewegungen in das virtuelle Geschehen.

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Objekte über Augenkontakt steuern

Eye-Tracking ergänzt die virtuelle Realität: Die Nutzer können einfach ihren Blick auf Objekte richten und sie so anwählen oder bewegen. Sie können Augenkontakt mit Personen in der virtuellen Realität aufnehmen oder Aktionen anstoßen, indem sie einen bestimmten Punkt ins Visier nehmen. Darüber hinaus ermöglicht Eye-Tracking das sogenannte Foveated Rendering. Damit lassen sich Rechenleistung und die Anforderungen an Grafikkarten eines VR-Systems senken. Die Auflösung der gezeigten Szenerie wird auf Basis der Blickrichtung der Nutzer angepasst. Bereiche im Blickfeld der Spieler werden hochaufgelöst dargestellt, während die Peripherie mit geringerer Auflösung gerechnet wird.

Zum Einsatz kommt eine Infrarot-LED von Osram. Ihr Vorteil ist, dass nur sehr wenig Licht außerhalb des zentralen Emissionsspektrums liegt und so verloren geht. Damit ließ sich das Design der optischen Filter rationalisieren und die Performance des Sensors maximieren. Systeme für das Eye-Tracking beleuchten die Augen der Nutzer mit infrarotem Licht und erfassen die reflektierte Strahlung mit einem infrarotempfindlichen Kamerasensor.

Spezielle Algorithmen berechnen daraus die Blickrichtung und die Augenbewegungen der Nutzer. Um ein solches System in einem Headset zu realisieren, werden mehrere Infrarot-LED um die zwei Linsen herum montiert. Das japanische Start-up nutzt dafür die ChipLED des Typs SFH 4053 von Osram Opto Semiconductors. Dies misst 0,5 mm x 1,0 mm x 0,45 mm. Ihre Wellenlänge von 850 nm passt zu der spektralen Empfindlichkeit des Kamerasensors und ihr Abstrahlwinkel von ±70° stellt sicher, dass der Augenbereich gleichmäßig ausgeleuchtet ist.

Position und Bewegung erfassen

Zudem nutzt FOVE Infrarot-Sensorik, um die Position und die Bewegungen der Nutzer zu beobachten. Diese werden dann in das virtuelle Geschehen integriert. Mehrere TOPLED SFH 4253 von Osram sind dafür um das Headset herum angebracht. Sie erzeugen ein Muster von infraroten Lichtpunkten, das von einer Kamera registriert und beobachtet wird, um daraus die Bewegungen der Nutzer zu ermitteln. Mit einer Wellenlänge von 850 nm passt die SFH 4253 zu der spektralen Empfindlichkeit des Fotosensors. Auch die Abstrahlcharakteristik und die Gehäusegeometrie des Senders entsprechen den Anforderungen der Anwendung.

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