Come funziona il visore di Glass

Di - 17 April 2013 - in
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Sta per iniziare la distribuzione del prototipo di Google Glass destinato agli sviluppatori, e si avvicina sempre di piú il rilascio del dispositivo nella sua prima versione pubblica. L’hype è grande, come dimostra la notevole quantità di notizie e rumors a riguardo.

Ma come funziona Glass? La sua parte piú innovativa è senz’altro il suo display, che rende questo progetto una novità assoluta. Mai, infatti, si è introdotto sul mercato consumer un dispositivo che avesse questo genere di interazione con l’utente. Attraverso il display, posto davanti all’occhio, viene generato un layer semitrasparente che permette di avere il controllo di ciò che il dispositivo vuole mostrarci: indicazioni, email, video, conversazioni…

Il display di Glass non può essere un normale schermo trasparente. L’occhio umano, infatti, non è in grado di mettere a fuoco oggetti molto vicini: la distanza di messa a fuoco minima è di circa 10 centimetri nei neonati, e aumenta sensibilmente negli adulti, spesso in maniera anche eccessiva (presbiopia).

Per ottenere un sistema comodo, però, il display deve necessariamente essere molto vicino all’occhio, e chi ha avuto occasione di testare il dispositivo parla di un’immagine molto chiara e definita, perfettamente a fuoco. Il problema è infatti stato risolto utilizzando come display un vero e proprio proiettore, che proietta l’immagine direttamente sulla retina, che è l’organo sensibile alla luce che ci permette di percepire le immagini.

Rispetto ad un normale schermo, però, il proiettore ha un difetto non indifferente: non può essere, banalmente, trasparente. Ovviare a questo problema è concettualmente molto semplice: il proiettore viene montato di fianco all’occhio, e proietta con un angolo di circa novanta gradi rispetto all’asse dell’occhio. La sua luce viene poi redirezionata verso la retina da un prisma. Tecnologicamente, però, non è una sfida semplice. Proiettare un’immagine in questo modo, infatti, richiede che il fascio di luce venga riflesso nell’occhio da uno specchio semiriflettente, che deve essere dimensionato molto precisamente sul fascio, per evitare che rifletta anche le componenti fisiche del proiettore.

Ci sono state diverse speculazioni su come questo problema sia stato risolto da Google. Una teoria molto verosimile è quella di Karl Guttag, esperto di tecnologie legate ai display e al rilevamento ed elaborazione delle immagini.

Guttag ha notato che in un video di presentazione di Google Glass, ottenendo dei fermo immagine in momenti diversi, si vede sempre Glass illuminato da un solo colore primario:

Questo evidenzia come venga utilizzato un sistema particolare di proiezione chiamato field-sequential color, che consiste proprio nel mostrare in rapida sequenza un colore per volta. A causa della persistenza dell’immagine sulla retina, che impiega qualche istante per “smaltire” il segnale ricevuto, infatti, le immagini successive vengono fuse ottenendo i colori desiderati.

Una tecnologia che utilizza questo sistema, e che è pienamente compatibile tanto con la struttura quanto con i requisiti di Google Glass sono i display LCOS (liquid crystal on silicon). In un normale proiettore, la luce passa attraverso il pannello a cristalli liquidi, e si colora. In un display LCOS, invece, la luce viene riflessa da tre diversi pannelli, uno con la componente verde dell’immagine, uno con la componente rossa, e uno con la componente blu, come si vede in questa immagine:

 

Esistono in commercio due diversi tipi di display LCOS. Uno è quello in figura, mentre un altro prevede l’esistenza di un solo pannello che disegna l’immagine in bianco, mentre il proiettore cambia alternativamente il colore della luce, come si vede nel video di cui sopra. Questa seconda soluzione, piú scomoda da implementare dovendo disporre di un proiettore che cambi colore con una frequenza molto alta (sono richiesti almeno 540Hz), è però piú vantaggiosa in un progetto come Glass, occupando meno spazio e richiedendo meno strutture.

Nella montatura è quindi probabilmente inserito un proiettore a luce alternata tricolore. Nel blocchetto trasparente, invece, è contenuta una superficie semiriflettente piú piccola del fascio, in modo da non specchiare anche la struttura fisica del proiettore, e la superficie riflettente a cristalli liquidi. Il display LCOS è probabilmente prodotto da Himax, tra i pochi che ne producono a pannello singolo.

Un’ulteriore prova dell’utilizzo di questa tecnologia si trova nello stesso video, quando Sergey Brin si alza in piedi per applaudire, lasciando una scia tricolore dovuta al cambiamento del colore nel tempo:

L’ultima sfida riguarda la messa a fuoco della proiezione. Il potere di rifrazione complessivo dell’occhio è di circa sessanta diottrie, e la profondità dell’occhio è di circa 2,4 centimetri. Con questi dati, è facile calcolare l’angolo dal quale l’immagine va proiettata in maniera che sia a fuoco per una distanza ragionevole, piccola e non distorta. Queste misure però variano da occhio ad occhio, e un sistema di regolazione non è propriamente banale da realizzare.

Posto che queste problematiche vengano risolte in maniera da avere un effetto davvero realistico, si otterrà un’immagine che sia perfettamente a fuoco se si cerca di mettere a fuoco una distanza vicina (chi lo ha provato parla di un’immagine che si vede come se fosse ad una cinquantina di centimetri davanti all’occhio), mentre diventerà sfocata e impercettibile se si mette a fuoco qualcosa di piú distante. L’effetto, per capirsi, è simile a ciò che avviene quando guardiamo una finestra e dall’altra parte c’è poca luce: se mettiamo a fuoco il vetro, vediamo il nostro riflesso, mentre mettendo a fuoco oltre, vediamo ciò che c’è dietro il vetro, non notando piú la nostra immagine riflessa.

Inoltre, il proiettore di Google Glass proietta l’immagine leggermente piú in basso del punto piú sensibile della cornea. L’occhio, in questo modo, percepisce l’immagine come qualcosa che è presente in alto, ma non dettagliata. Puntando lo sguardo verso l’alto, il punto sensibile si sposta in basso, focalizzando cosí l’attenzione sull’immagine generata da Glass.

Negli articoli critici verso il sistema proposto da Google, si evidenzia un’altra problematica davvero importante, della quale non è nota alcuna soluzione: nel bacino di mercato al quale è probabilmente rivolto il Project Glass, la metà della popolazione porta gli occhiali. Google ha rassicurato riguardo il fatto che Glass sarà disponibile anche per portatori di occhiali, ma non ha chiarito in nessun modo come questo sia fatto, se non a livello di design adattabile alle montature. Non si tratta infatti soltanto di un problema di design. In assenza di occhiali, Glass, entro certi limiti e fatte le opportune regolazioni, potrebbe funzionare anche per chi ha problemi di vista. Immaginando però che tra il dispositivo e l’occhio venga posta la lente degli occhiali, non risulta per nulla facile immaginare come sia possibile un comodo funzionamento. Nascono infatti due problemi aggiuntivi: il primo riguarda l’angolo di proiezione, che diventerebbe troppo diverso da quello normale per immaginare un oggetto che funzioni tanto con gli occhiali quanto senza, e il secondo riguarda il riflesso che il fascio del proiettore si trova a generare sulla lente degli occhiali, se non perfettamente trasparenti e puliti (e non lo sono mai, cosa della quale noi portatori di occhiali abbiamo grande esperienza :P). Le problematiche potrebbero aumentare nel caso di portatori di occhiali con lenti complesse, ad esempio multifocali, che non hanno parametri costanti sulla superficie interessata dal fascio di luce.

Probabilmente saranno disponibili versioni distinte per portatori di occhiali, ma non è del tutto irragionevole temere che servano anche occhiali appositi.

Molti di questi dati sono speculazioni su come una tale tecnologia possa essere posta in essere, ma da ciò che si è visto, e dal prezzo previsto per il lancio (circa 1500$) sembrano speculazioni molto verosimili. Presto potremo avere dati piú precisi, e sarà molto interessante vedere tanto le soluzioni proposte da Google, quanto la reale resa, che è difficile immaginare pulita e perfetta come è nei video promozionali con il concept. Staremo a vedere, la fiducia è molta.

Via | Karl Guttag on TechnologyBrille-kaufen.org

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Lorenzo Breda Articolo scritto da

Studente di Informatica a Roma, si occupa di programmazione web sopratutto lato server, e di accessibilità del web. Utilizza e ama Debian GNU/Linux, e si interessa di fisica, fumetto, trekking e fotografia (gli ultimi due possibilmente abbinati). Collabora con Googlab da aprile 2012.

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