增强现实眼镜作为低视力人群定向和移动辅助工具的可行性研究：体验与需求

文献标题

增强现实眼镜作为低视力者的定向与移动辅助工具：可行性研究及需求分析

文献信息

• 主题领域: 增强现实技术在低视力辅助设备中的应用
• 关键词: 低视力, 移动能力辅助, 增强现实, 视觉增强, 用户需求分析, 可行性研究, 交互设计, 定向与导航

研究背景与问题

• 问题或挑战:

  1. 全球有大规模的低视力人群面临着定向和移动障碍，但现行的辅助工具效果有限。
  2. 现有基于增强现实的辅助工具研究主要关注技术开发，而忽视了多样用户群体的实际需求与可用性。
  3. 许多研究未能在设计初期引入终端用户的反馈，技术侧的假想需求可能无法全面反映低视力人群实际导航方式的差异。

• 重要性: 增强低视力者的定向和移动能力不仅能提高其安全性，还能显著改善心理健康和生活独立性。

• 研究动机与相关工作:

  1. 近年来多种以传感器（如超声波传感器、深度传感器、摄像头等）为基础的辅助工具被提出，用于环境信息获取，但对于保留一定视力的用户，这些视觉替代方法可能不直观。
  2. 基于增强现实的头戴显示设备（HMD）提供了一种无手操作且直观的信息呈现方式，促进利用残存视觉。
  3. 之前的研究已展示了某些算法（如场景简化、距离信息显示）在改善实验条件下的视觉功能效果，但其对实际场景中移动效率的提升尚无系统性验证。

解决方案

• 提出的方法或解决方案:

  1. 开发并测试基于增强现实设备（HoloLens v1）的八种视觉增强原型，旨在改善低视力者的定向和移动体验。
  2. 进行用户体验研究，通过访谈18位参与者，涵盖从轻度到严重低视力的多种视觉状况。

• 创新之处:

  1. 综合技术开发和用户体验研究，为低视力辅助工具设计提供理论与实践依据，填补现有文献中的用户需求空白。
  2. 引入广泛的原型功能（如深度感知、动态放大、物体识别和导航指引），并基于真实用户的反馈评估其优缺点。
  3. 强调解决方案的高度可定制性，以适应不同低视力群体的多样化需求。

• 实施步骤:

  1. 开发八个原型，包括：
     • 墙面边界可视化
     • 基于颜色的深度感知覆盖
     • 轮廓线增强
     • 高对比度图像
     • 实时放大场景
     • 物体识别与导航路径指引
  2. 参与者需佩戴HoloLens观看增强视角，根据特定任务（如障碍物检测、路径规划）操作各原型。
  3. 半结构化访谈收集反馈，包括用户喜爱与不满之处及改进建议。

研究成果

• 具体成果:

  1. 增强现实眼镜在提高低视力人群的环境感知（如深度感知、障碍物识别）方面表现良好。
  2. 视觉增强对具有较好视力残留（视力大于2/60）的用户效果最佳。
  3. 参与者普遍认可导航指引功能和对障碍物的视觉提示能力。

• 与现有解决方案的优势:

  1. 灵活且高度可定制化设计比传统光学辅助工具（如单筒望远镜）更直观且功能性更强。
  2. 同时结合了视觉增强与传统导航功能，具有更强的实用性。

• 实验或评估结果:

  1. 多数参与者认为实时增强图像（如高对比图像）能够改善视觉细节感知。
  2. 但某些原型（如基于颜色的深度感知覆盖）由于对视觉覆盖过多会导致部分用户不习惯。
  3. 存在技术局限性，包括视域小、延迟、图像对准不精确等。

• 局限性与未来方向:

  1. 局限性:
     • 当前硬件性能（如深度传感器慢、视域不足）限制了实际应用。
     • 样本偏向独立性较高的低视力人群，缺乏特定疾病（如黄斑变性）的全面代表性。
     • 主要评估室内场景，未充分覆盖户外复杂环境。
  2. 未来方向:
     • 提高设备性能（如更快的深度感应、更大的视域）。
     • 增强图像稳定性并确保色彩的可调性。
     • 在硬件改进的同时添加更多用户导向的功能（如自动面部或文本识别）。
     • 针对不同类型的视觉残疾优化视觉增强策略，开发更具个性化的解决方案。