研究動機

現今社會中，消費性電子產品與嵌入式系統做結合已經是普遍的科技 整合技術。按照 2016 年市面上的電子產品分類，主要分為三大類，電腦 網路(Computer Network)、通訊元件(Communication Devices)、消費性電子 (Consumer Electronics)，即稱為 3C 產品，而 3C 產品內部的控制晶片皆為 嵌入式系統。嵌入式系統(Embedded System)是指使用在個人電腦以外的電 子產品所使用的系統。嵌入式系統的特色為特定的處理功能、可以針對該 程式進行系統最佳化，達到整體系統體積減少，因此能減少成本，故在消 費性電子產品上有一定程度優勢。因此，若眼動儀之功能與嵌入式系統結 合後，應用的範圍將會更廣泛。

Shahram Eivazi、Roman Bednarik 和 Ville Leinonen 等學者，製作出嵌 入式眼動顯微鏡，如圖 1.6 所示。醫學用的手術放大鏡，可在各醫療機構 中做外科手術使用，或是用於精密儀器的修理與檢察。原本的手術放大鏡 可將景物放大，透過放大倍率、工作距離、景物深度、反射率的手動調整，

能應用於實際工作的場合。其使用方法為操作者固定眼睛到鏡筒的距離，

調整適當的焦距，即調整瞳距。可根據不同的工作距離，手動調整適當的 瞳距，可放大想觀看的景物，如同望遠鏡的操作方式。但想觀看不同距離 的景物時，都必須手動調整瞳距，對於使用者操作流程上有些許不便。

圖1.6嵌入式眼動顯微鏡[11]

該研究製作的嵌入式眼動顯微鏡，方法是把手術放大鏡的內部嵌入單 晶片，把眼睛影像資訊與手術放大鏡做結合。其工作原理為使用內嵌的攝 影機，取得眼睛瞳孔中心的影像資訊後，完成眼動儀的校正後即可操作，

嵌入式眼動顯微鏡的校正過程如圖 1.7 所示。其功能為眼睛觀看處可自動 對焦，不必再手動調整瞳距，僅需透過眼睛凝視時間，系統會自動對焦，

減少使用者操作流程[11]。根據上述所提到眼動儀與其他領域的嵌入式結 合，可增加原本產品的應用層面，奠定本研究之研究動機為完成嵌入式螢 幕眼動儀，以及確認相關嵌入式環境，達到增加眼動儀的應用層面，為現 今社會帶來科技革命。

圖1.7嵌入式眼動顯微鏡校正畫面[11]

因此本實驗室所開發的眼動儀移植到嵌入式系統，可以帶來靈活性與 硬體輕量化。嵌入式系統的優點為把個人電腦的硬體設備，全部整合在單 晶片上，即電腦硬體的輸入單元、輸出單元、控制單元、算術邏輯單元、

記憶單元，與電腦軟體的系統軟體、應用軟體，皆整合到單一晶片上。因 此使得硬體的體積變小，對於穿戴式裝置開發、消費性電子產品，為基本 的系統設計。嵌入式系統晶片的處理器性能比個人電腦的處理器差，因嵌 入式系統的處理器把主要考量放在體積減少的部分，在硬體上的結構比個 人電腦上的性能差，故在個人電腦上所開發完成的軟體程式碼，移植到嵌 入式系統時，必須考量系統的處理量與效能，否則無法在嵌入式系統上執

行。由於頭戴式實景眼動儀所需要的資源量較為龐大，因實景眼動儀需開 啟實景攝影機與眼睛攝影機，對嵌入式系統是一種負擔，而且在頭動補償 的方面，需要及時取得攝影機的影像，故系統所需要的處理器能力，必須 要有一定的性能，否則無法使用。

嵌入式系統特色就是把系統晶片，隱藏至硬體的內部，如數位手錶、

數位相機、機器人、遊戲主機等，使用小型的晶片，與配合該系統的輸入 輸出介面，可將硬體體積減少，可與其他軟體做整合，增加該系統的使用 層面。螢幕眼動儀是需要使用嵌入式系統設計的，透過系統晶片放置眼動 儀骨架中，可製作成穿戴式裝置，可透過與其他系統做整合，如智慧型裝 置、通訊介面、遠端控制等功能，增加螢幕眼動儀的功能與應用範圍，此 為移植到嵌入式環境開發目的，與個人電腦的操作方式不同，嵌入式環境 能配合特定的硬體規格，製作出專屬的系統，為現代科技的發展趨勢。嵌 入式系統組成如圖 1.8 所示，嵌入式系統組成分為三大部分，本研究的嵌 入式系統應用軟體為螢幕眼動儀程式，嵌入式硬體平台、處理器、外接設 備、作業系統，須配合螢幕眼動儀的需求做選擇。

圖1.8嵌入式系統組成

Embedded System Application Software

Embedded System Operating System

Embedded hardware platform

Embedded Processor

Embedded External

Devices

實作的方式為使用嵌入式開發板移植螢幕眼動儀系統，與設計適合此 開板的螢幕眼動儀硬體設備。由於從個人電腦移植到嵌入式系統，需要反 覆的燒錄與修改，以確保移植後的程式是否正常執行，移植至嵌入式環境 之前，會先把個人電腦所編譯的程式，移植到嵌入式開發板執行，嵌入式 開發板是把市面上使用的嵌入式處理器與眾多硬體週邊裝置，整合在一塊 電路板上，可提供給程式開發者進行測試功能。

因此，本研究以嵌入式開發板的環境，移植螢幕眼動儀程式，建立嵌 入式系統環境，並且確認螢幕眼動儀所需要的硬體週邊設備，未來可設計 出螢幕眼動儀之系統晶片，完成本實驗室之前提出的眼動儀之未來展望。

本研究完成後，比較各文獻對於螢幕眼動儀所計算出來的凝視點誤差，做 彙整表格比較各實驗數據。