介紹

　　汽車信息娛樂手勢控制，目前只適用于豪華車，提高駕駛員的安全性和舒適性。有了手勢控制，司機(jī)在操作觸摸屏或撥號(hào)盤時(shí)，不需要把眼睛從路上移開，以免發(fā)生事故。有了手勢識(shí)別，司機(jī)可以調(diào)節(jié)音量和氣流，揮手離開正在通話的手機(jī)，或者用手腕輕輕一彈來改變音樂播放列表等等。手勢控制可以最大限度地減少觸摸屏的使用，使它們不那么分散注意力，并且可以補(bǔ)充語音。例如，司機(jī)可以讓虛擬助手播放一首特定的歌曲，然后通過一只手的旋轉(zhuǎn)來調(diào)大音量，同時(shí)他們的眼睛一直盯著路面。

　　與手勢相比，使用語音識(shí)別需要LTE連接回云處理器以理解所有方言和語言，因此需要一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫。在車窗關(guān)閉、天窗打開或車內(nèi)音樂音量調(diào)大的情況下，語音識(shí)別也無法工作。除了提高交通安全，手勢識(shí)別還可以幫助無法使用語音識(shí)別技術(shù)的聾啞人。觸控面板讓人分心，需要司機(jī)記住按鈕的位置，并依靠觸覺在顯示屏周圍導(dǎo)航。最后，雖然基于觸摸的命令可能不可避免地會(huì)對觸摸表面造成一些磨損，但手勢識(shí)別技術(shù)不會(huì)磨損被控制的設(shè)備。

　　目前，由于手勢控制技術(shù)的復(fù)雜性和成本高，只有豪華汽車或一級(jí)汽車采用了手勢控制技術(shù)。但這項(xiàng)技術(shù)的好處值得盡一切努力在中低端汽車中推廣。在這個(gè)設(shè)計(jì)解決方案中，我們討論了一個(gè)典型的應(yīng)用，并引入了一種新的、顛覆性的方法，這種方法高度集成且具有成本效益，使手勢識(shí)別能夠被更多的汽車采用。

　　典型的系統(tǒng)

　　圖1展示了一種依靠ToF相機(jī)識(shí)別和掃描3D場景的典型技術(shù)。ToF技術(shù)包括向待分析目標(biāo)發(fā)送紅外光束。反射信號(hào)由AFE處理，原始數(shù)據(jù)被移動(dòng)到應(yīng)用處理器(AP)進(jìn)行手勢識(shí)別。

　　圖1所示。使用ToF系統(tǒng)的典型應(yīng)用。

　　該系統(tǒng)具有高像素?cái)?shù)(60,000)，可以進(jìn)行眼睛/面部，身體和手指跟蹤，識(shí)別復(fù)雜的手勢，并具有上下文感知。它產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要一個(gè)復(fù)雜的微控制器來處理。照相機(jī)和復(fù)雜的微控制器的使用使這個(gè)系統(tǒng)用途廣泛，但價(jià)格昂貴。ToF可能提供了很多手勢的可能性，但對于汽車應(yīng)用程序來說太復(fù)雜了，要求客戶使用手冊來編程，并且不需要日常使用。

　　突破性技術(shù)

　　信息娛樂手勢控制的好處是通過提供簡單但重要的手勢控制來降低復(fù)雜性和成本，以供更廣泛的使用。一種新型光電二極管陣列ASIC集成了光學(xué)器件、光電探測器陣列和AFE，如圖2所示。

　　圖2。一個(gè)集成的手勢傳感器系統(tǒng)。

　　集成的手勢傳感器通過SPI或I2C總線連接到一個(gè)簡單的微控制器進(jìn)行識(shí)別過程。這種集成是通過專有的光學(xué)QFN封裝(4mm × 4mm)實(shí)現(xiàn)的。圖3顯示了整個(gè)集成電路，包括ASIC上的傳感器光電二極管以及光學(xué)濾波。

　　圖3。集成光學(xué)和AFE截面。

　　傳感器陣列必須防止太陽輻射。在940nm處，大氣中H2O的吸收使太陽輻照度下降。這是傳感器工作的地方。光學(xué)高通濾光片消除875 nm以下的所有太陽輻照度(圖4)。

　　圖4。保護(hù)傳感器免受太陽輻射。

　　四個(gè)940nm紅外led照亮目標(biāo)。反射光由ASIC上的60像素傳感器陣列感測，該傳感器陣列還集成了所有必要的信號(hào)數(shù)字化和控制(圖5)。

　　圖5。集成手勢傳感器集成。

　　集成手勢傳感器操作

　　圖3所示的孔徑包括一層黑色專有涂層中的孔，該涂層限制了光的吸收。大光圈的準(zhǔn)針孔相機(jī)方法會(huì)產(chǎn)生斑點(diǎn)或模糊圖像，而不是聚焦圖像。10 × 6光電探測器陣列捕捉整個(gè)斑點(diǎn)。例如，紅外二極管陣列發(fā)射一系列持續(xù)時(shí)間為25μs的光脈沖，每個(gè)光脈沖隨后有25μs的暫停。光電探測器陣列在照明期間集成光，并在暫停期間減去光。從前者中減去后者消除了環(huán)境光共模，從而得到對斑點(diǎn)強(qiáng)度的估計(jì)?？傓D(zhuǎn)換周期為20毫秒，即每秒50幀(FPS)。每一幀被傳遞到微控制器進(jìn)行處理以計(jì)算矢量運(yùn)動(dòng)。該算法對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并輸出生成的手勢事件。

　　由于像素?cái)?shù)低(60)，該技術(shù)允許接近和手指跟蹤，旋轉(zhuǎn)和其他基本但重要的手勢。

　　應(yīng)用電路

　　圖6顯示了MAX25205的簡單應(yīng)用電路。用于手勢和接近傳感的低成本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可識(shí)別以下獨(dú)立且重要的手勢:

　　手滑手勢(左、右、上、下)

　　手指和手的旋轉(zhuǎn)(順時(shí)針和逆時(shí)針)

　　近距離探測

　　Linger-to-click

　　空氣中點(diǎn)擊

　　波

　　處理來自傳感器的數(shù)據(jù)需要低功耗、低成本、非浮點(diǎn)CPU。這可以是Arm M0或其他CPU的備用MIPS。這是最小的BOM -幾個(gè)濾波電容器和一個(gè)分立的MOSFET晶體管驅(qū)動(dòng)每個(gè)紅外LED。

　　圖6。一個(gè)集成的手勢傳感器應(yīng)用圖。

　　結(jié)論

　　手勢識(shí)別提高了駕駛員的安全性和體驗(yàn)。它使一個(gè)很酷的汽車體驗(yàn)，沒有高價(jià)格標(biāo)簽的刺痛。到目前為止，基于tof的解決方案的高復(fù)雜性和高成本限制了該技術(shù)在高端汽車上的應(yīng)用。在這個(gè)設(shè)計(jì)方案中，我們簡要地討論了ToF方法的局限性，并介紹了一種新穎的、顛覆性的手勢識(shí)別ASIC，它將光學(xué)、傳感和AFE集成在一個(gè)小型的、專有的光學(xué)側(cè)可濕QFN封裝中。ASIC與廉價(jià)的CPU相結(jié)合，不僅提供了比ToF相機(jī)成本和復(fù)雜性低得多的手勢識(shí)別，而且還有助于將這項(xiàng)新技術(shù)推廣到更大類別的汽車和其他消費(fèi)產(chǎn)品。