非接触式手势识别引领风潮 多轴红外线近接感测当道

作者: 51Touch     时间:2011-05-30     源于:新电子    总点击:
【导读】:传统的红外线近接感测系统是由老式光电侦测器和光遮断器组成,其回馈反应来自于移动或中断而触发,这些近接感测解决方案广泛应用于自动门控制和厕所的冲洗系统,然这些应用也受感测器尺寸、功耗和可配置性的限制。更先进的主动式近接感测器为消费性电子和工业产品带来耳目一

    北京时间05月30日消息,中国触摸屏网讯, 过去10年间,人机互动技术发生显著的变化,促使使用介面与智慧化设计不断提升。这些变化中主要聚焦于高精确度、低功耗电容式触控萤幕,尤其在手机市场更为显著。随着人机介面技术与设计的进步,红外线近接感测器正引领下一代非接触式手势识别操作介面。 

    本文来自:http://www.51touch.com/touchscreen/news/focus/201105/30-10125.html

    传统的红外线近接感测系统是由老式光电侦测器和光遮断器组成,其回馈反应来自于移动或中断而触发,这些近接感测解决方案广泛应用于自动门控制和厕所的冲洗系统,然这些应用也受感测器尺寸、功耗和可配置性的限制。更先进的主动式近接感测器为消费性电子和工业产品带来耳目一新的特性和体验,新一代红外线感测器产品问世,不仅体积更小、功耗更低,且可驱动多个红外线发光二极体(LED),以实现先进多维手势感测功能。 

    单LED受局限 多LED系统为大势所趋

    采用单LED驱动器的近接感测器已运用于手机触控萤幕多年,在近接感测器市占亦最大,但其使用并非毫无问题,如虽然运用近接感测器在手机通话过程中常关闭触控萤幕,以消除脸颊的意外接触,但若进行网路搜寻会发现许多终端用户对手机中近接感测器的表现并不满意。意外的通话中静音、启用电话会议和挂断电话,往往都是由于近接感测器操作失误引发。 

    为何看似简单的近接感测系统故障率如此频繁呢?答案在于感测器的设计和配置,以及伴随的机械原理。许多红外线近接感测器只不过是:基于接收的讯号来输出原始资料的最基本感应器。这些感测器没有内建智慧功能来帮助区分系统杂讯和实际讯号,且其很难在高红外线含量的环境(如日光或白炽光的室内)下运作。此外,尽管工业设计在现代电子系统设计中的重要性日益增强,但这些近接感测器并不适合覆盖很暗的外罩,因为那会限制外部可见光和红外光线可到达感测器的能量,进而导致感测困难,或甚至感测不到的状况产生。  

    最新一代的近接感测器,已克服传统近接感测器运行的相关缺点,可参考进阶架构如图1所示,具有多个高灵敏度光电二极体和一个高精确度类比数位转换器(ADC),能比其他感测器花更少时间(25.6毫秒)测量打开的红外线LED。较短的LED开启时间使感测器能对周围环境中的红外线强度进行测量和补偿,并可于实际近接测量中,做出更好的识别。 

图1 实现多维非接触式手势识别介面的近接感测器

    快速的测量同时也降低总体系统功率。红外线LED是近接系统中耗电量最大的,最大限度的减少LED开启时间,能够有效降低整体系统功耗。十五级动态可调整的LED驱动设置,使得LED驱动强度可根据周围红外线条件进行调整,因而节省能量,并获得更节能的设计,LED毋须再设定为最大的耗电配置。高灵敏度的光电二极体也使得感测器可运行于较暗的玻璃后面,如此电子设备隐藏在操作介面之后,使得工业设计变得更加整洁和更具时尚感。 

    双LED/三LED创意无限

    虽然单LED感应系统正于市场盛行,但未来将会朝向多LED近接感测器系统靠拢,进而引领独特创新的使用介面。双LED红外线系统能够实现滑动和选择手势功能,可使用在诸如电子书阅读器(E-reader)翻页功能,家用音响设备的音量控制和平板装置萤幕浏览。三LED近接感测系统可用于三维(3D)导航定位和多轴手势应用,例如图示或图片选择、地图放大和缩小,甚至游戏控制。其他更令人兴奋的双LED和三LED应用取决于设计人员的创意,正如电容式触控萤幕开启使用介面的新纪元一样,非接触式手势识别技术亦将改变终端用户与电子产品的互动模式。双LED和三LED红外线近接感测解决方案非常适合作为这些系统的非接触式手势识别解决方案。 

    非接触式突显健康/安全/便利优势 

    若接触式按键和触控萤幕工作正常,为什么要实现非接触式介面?其实,红外线系统不会取代现有的系统,而是强化其使用体验。日益增加的整合性和小型化正在改变消费者使用电子产品方式,现今人们随身携带着智慧型手机、个人媒体播放器、电子书阅读器和平板装置,电脑已不再仅仅使用于家中或办公桌。 

    咖啡馆、餐厅、健身房、巴士站、飞机候机室,甚至日常生活使用极为频繁的厕所正成为新一代嵌入式电子产品的使用环境。在这些不同的操作环境中,使用者的手有时会被占用、脏污、出汗或沾有食物,所有这些条件均不利于触控萤幕操作。若客户是在健身房阅读电子书阅读器,但是希望能在跑步机上一边跑步一边翻页,与其使用触控萤幕或按钮,不如使用非接触式手势识别来翻页将更为便利,而这也成为近接感测技术的一大优势。 

    不用目视即可控制设备有很多好处,如一个非接触式介面可以让汽车司机使用非接触式挥手实现安全的启动/结束通话或调整音量,而毋须去找复杂仪表上的调整按钮。并非所有的设备皆须配备触控萤幕的复杂图形显示,非接触式使用介面能够提供新颖和差异化的操作方式。 

    多LED感应系统可以基于用户是否接近系统而改变系统操作。机上盒或暖气/通风/空调(HVAC)控制面板显示器可保持关闭,直至系统检测到一定距离内的用户才打开,可有效降低功耗。电视也可运用手势输入打开或关闭,公共场所的小型视讯看板亦可检测用户的距离而改变显示内容,可透过手势输入与潜在客户交流,此为一种比采用触控萤幕更卫生的方法。这种环境感测电子产品能使终端产品更智慧,同时亦更省电。 

    结合多LED近接感测器和主微控制器(MCU)的设计打开灵活使用电容式触控和红外线非接触式技术,实现用户介面的大门。触控感应MCU提供必要的运算能力去解读红外线感测器的输出,帮助调整非接触式手势的时序和灵敏度。MCU亦可用于感测器的即时配置,基于环境光强度优化低功耗操作。图2是一个非接触式应用范例,包括近接感测器和电容式触控感应MCU。 

图2 基于近接感测器和触控感应MCU的非接触式人机介面应用

    随着更多支援双LED或三LED的先进近接感测器晶片问世,嵌入式开发人员能开发出新型非接触式手势介面应用,并使得电子产品更安全卫生,更易于使用和更有趣。这样即使是最普通的家用电器、可携式设备、运算平台和工业介面也能够透过手势来开启和控制,而这一天即将到来! 


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