2019年07月02日 | 车载信息娱乐系统手势控制

2019-07-02 来源：Vishay Intertechnology公司

无论在德国高速公路上疾驰，还是沿着加州1号公路蜿蜒的大苏尔海岸线行驶，驾驶员双手不能离开方向盘，眼睛不能错开道路。毫无疑问，驾驶汽车不能分神，这也正是为什么汽车制造商在功能设计上保持驾驶员目光集中于道路，而不是中控台大屏幕。主要人机界面 (HMI) 技术包括抬头显示器、改进的语音识别和手势控制。目前使用简单滑动手势控制的应用包括更换收音机电台、接听电话、播放列表中下一首歌曲、菜单滚动、导航屏幕缩放、天窗开关以及顶灯控制。现在，高档汽车都配有手势控制和支持这种功能的传感器。

2018年，《全球市场洞察》(Global Market Insights) 进行的一项市场调查预测，汽车手势识别市场规模将从2017年的110万美元增长到2024年的136亿美元。预计2024年，手势识别市场份额将超过86亿美元。2018年至2024年，美国和欧洲市场年复合年增长率预计将超过40%。报告指出，随着汽车电子系统兼容性和操控性等方面的进步，各国政府制定的安全条例在产品中的渗透率正在提高。然而，从2017年到2024年，过高的成本、复杂性和集成度可能对汽车手势识别市场构成挑战。

光学手势识别系统

光学传感器可用来检测手部滑动，如Vishay 的VCNL4035。基本上，能够检测三个发射器一个接一个快速连续脉冲信号的集成式接近传感器，结合外部连接的红外发射器可以建立一个手势动作区。简单的左右滑动和放大缩小动作只需要两个发射器。图1中，内部LED驱动器驱动左发射器，在此过程中获得接近读数。这个值转换成数字计数，数字介于0与大约65k 之间，因为模数转换器分辨率为16位。然后，多路复用器将连接左侧发射器的输出切换到连接右侧发射器的输出，依次驱动右发射器，同时获得另一个接近读数。两个读数保存在传感器内部单独的数据寄存器中，供主机微控制器分别读取。微控制器提取这些测量值，对两个读数进行比较。

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如果手靠近左发射器，传感器输出计数一开始左侧读数高于右侧读数。当手继续向右滑动，接近两个发射器之间的中心时，传感器输出计数大致相等，当手由左侧完全滑动到右侧时，右侧发射器的输出计数将高于左侧发射器。这种情景可以旋转90度，进行上下手势控制。通过测量靠近或远离传感器，传感器的输出可以实现缩放功能。这些算法可根据手一出现超过极限接近值，推断前面什么也没有时，传感器读取数值的偏移量。更可靠、更复杂的算法以连续流方式记录每个发射器的信号，用叠加的测量帧分析信号形状。然后，用一个发射器的信号相对于另一发射器信号的叠加百分比表示时间差，表明出现手势。增加第三个发射器将提高上述简单手势的分辨率，可以用来识别更复杂的手势。很多变量需要考虑：物体大小，如果不是手的话、物体与传感器和发射器之间的距离、运动物体的速度、运动物体的反射率、发射器之间的距离、避免误检的阈值量，以及环境亮度和可能的光学干扰。灵活选择分立发射器的位置对于设计工程师非常重要，这样可以控制手势幅度的大小和灵敏区。一些传感器与发射器集成在单个封装中，消除了这种灵活性。红外发射器和传感器系统典型感应范围为20厘米或8英寸。

虽然以前的系统使用红外发射器和光数接近传感器，但其他采用飞行时间传感器与3D 摄像机相结合的系统可以达到毫米级粒度。这显然是更昂贵的系统，但确实可以测量‘小’的手指手势与大的滑动动作。已经推出的第一代应用在汽车中识别大幅度动作，第二代系统将识别多种手指手势。想象一下智能手机屏幕放大照片时的手指动作。汽车制造商希望识别这种空中手势。这必然需要3D摄像系统。Murray Slovick最近指出，这种功能类似玩家在游戏系统中使用的运动检测。例如，微软Xbox游戏手柄的Kinect 系统可以检测大约10英尺远的动作。游戏系统跟踪玩家整个身体运动，而汽车系统只需要跟踪驾驶员的手势。测量手势的系统越复杂，中间件将传感器输出转换成可定义的操作越复杂。

前景展望

LG和索尼等公司正在与德尔福汽车公司、哈曼国际集团、大陆集团和BHTC等众多一级汽车制造商联手开发汽车手势识别系统。乘员舒适性、多媒体、导航和信息娱乐成为优先考虑的主要应用，这与驾驶员辅助和无人驾驶汽车的发展相吻合。当且仅当成为现实时，从车中乘员角度考虑，避免驾驶员分心不再是问题。

汽车手势识别传感器

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