無(wú)論在德國(guó)高速公路上疾馳，還是沿著加州1號(hào)公路蜿蜒的大蘇爾海岸線(xiàn)行駛，駕駛員雙手不能離開(kāi)方向盤(pán)，眼睛不能錯(cuò)開(kāi)道路。毫無(wú)疑問(wèn)，駕駛汽車(chē)不能分神，這也正是為什么汽車(chē)制造商在功能設(shè)計(jì)上保持駕駛員目光集中于道路，而不是中控臺(tái)大屏幕。主要人機(jī)界面 (HMI) 技術(shù)包括抬頭顯示器、改進(jìn)的語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)控制。目前使用簡(jiǎn)單滑動(dòng)手勢(shì)控制的應(yīng)用包括更換收音機(jī)電臺(tái)、接聽(tīng)電話(huà)、播放列表中下一首歌曲、菜單滾動(dòng)、導(dǎo)航屏幕縮放、天窗開(kāi)關(guān)以及頂燈控制。現(xiàn)在，高檔汽車(chē)都配有手勢(shì)控制和支持這種功能的傳感器。

2018年，《全球市場(chǎng)洞察》(Global Market Insights) 進(jìn)行的一項(xiàng)市場(chǎng)調(diào)查預(yù)測(cè)，汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的110萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2024年的136億美元。預(yù)計(jì)2024年，手勢(shì)識(shí)別市場(chǎng)份額將超過(guò)86億美元。2018年至2024年，美國(guó)和歐洲市場(chǎng)年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將超過(guò)40%。報(bào)告指出，隨著汽車(chē)電子系統(tǒng)兼容性和操控性等方面的進(jìn)步，各國(guó)政府制定的安全條例在產(chǎn)品中的滲透率正在提高。然而，從2017年到2024年，過(guò)高的成本、復(fù)雜性和集成度可能對(duì)汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別市場(chǎng)構(gòu)成挑戰(zhàn)。

光學(xué)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)

光學(xué)傳感器可用來(lái)檢測(cè)手部滑動(dòng)，如Vishay 的VCNL4035。 基本上，能夠檢測(cè)三個(gè)發(fā)射器一個(gè)接一個(gè)快速連續(xù)脈沖信號(hào)的集成式接近傳感器，結(jié)合外部連接的紅外發(fā)射器可以建立一個(gè)手勢(shì)動(dòng)作區(qū)。簡(jiǎn)單的左右滑動(dòng)和放大縮小動(dòng)作只需要兩個(gè)發(fā)射器。圖1中，內(nèi)部LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)左發(fā)射器，在此過(guò)程中獲得接近讀數(shù)。這個(gè)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字計(jì)數(shù)，數(shù)字介于0與大約65k 之間，因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換器分辨率為16位。然后，多路復(fù)用器將連接左側(cè)發(fā)射器的輸出切換到連接右側(cè)發(fā)射器的輸出，依次驅(qū)動(dòng)右發(fā)射器，同時(shí)獲得另一個(gè)接近讀數(shù)。兩個(gè)讀數(shù)保存在傳感器內(nèi)部單獨(dú)的數(shù)據(jù)寄存器中，供主機(jī)微控制器分別讀取。微控制器提取這些測(cè)量值，對(duì)兩個(gè)讀數(shù)進(jìn)行比較。

如果手靠近左發(fā)射器，傳感器輸出計(jì)數(shù)一開(kāi)始左側(cè)讀數(shù)高于右側(cè)讀數(shù)。當(dāng)手繼續(xù)向右滑動(dòng)，接近兩個(gè)發(fā)射器之間的中心時(shí)，傳感器輸出計(jì)數(shù)大致相等，當(dāng)手由左側(cè)完全滑動(dòng)到右側(cè)時(shí)，右側(cè)發(fā)射器的輸出計(jì)數(shù)將高于左側(cè)發(fā)射器。這種情景可以旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行上下手勢(shì)控制。 通過(guò)測(cè)量靠近或遠(yuǎn)離傳感器，傳感器的輸出可以實(shí)現(xiàn)縮放功能。這些算法可根據(jù)手一出現(xiàn)超過(guò)極限接近值，推斷前面什么也沒(méi)有時(shí)，傳感器讀取數(shù)值的偏移量。更可靠、更復(fù)雜的算法以連續(xù)流方式記錄每個(gè)發(fā)射器的信號(hào)，用疊加的測(cè)量幀分析信號(hào)形狀。然后，用一個(gè)發(fā)射器的信號(hào)相對(duì)于另一發(fā)射器信號(hào)的疊加百分比表示時(shí)間差，表明出現(xiàn)手勢(shì)。增加第三個(gè)發(fā)射器將提高上述簡(jiǎn)單手勢(shì)的分辨率，可以用來(lái)識(shí)別更復(fù)雜的手勢(shì)。很多變量需要考慮：物體大小，如果不是手的話(huà)、物體與傳感器和發(fā)射器之間的距離、運(yùn)動(dòng)物體的速度、運(yùn)動(dòng)物體的反射率、發(fā)射器之間的距離、避免誤檢的閾值量，以及環(huán)境亮度和可能的光學(xué)干擾。靈活選擇分立發(fā)射器的位置對(duì)于設(shè)計(jì)工程師非常重要，這樣可以控制手勢(shì)幅度的大小和靈敏區(qū)。一些傳感器與發(fā)射器集成在單個(gè)封裝中，消除了這種靈活性。紅外發(fā)射器和傳感器系統(tǒng)典型感應(yīng)范圍為20厘米或8英寸。

雖然以前的系統(tǒng)使用紅外發(fā)射器和光數(shù)接近傳感器，但其他采用飛行時(shí)間傳感器與3D 攝像機(jī)相結(jié)合的系統(tǒng)可以達(dá)到毫米級(jí)粒度。這顯然是更昂貴的系統(tǒng)，但確實(shí)可以測(cè)量‘小’的手指手勢(shì)與大的滑動(dòng)動(dòng)作。已經(jīng)推出的第一代應(yīng)用在汽車(chē)中識(shí)別大幅度動(dòng)作，第二代系統(tǒng)將識(shí)別多種手指手勢(shì)。想象一下智能手機(jī)屏幕放大照片時(shí)的手指動(dòng)作。汽車(chē)制造商希望識(shí)別這種空中手勢(shì)。這必然需要3D攝像系統(tǒng)。Murray Slovick最近指出，這種功能類(lèi)似玩家在游戲系統(tǒng)中使用的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。例如，微軟Xbox游戲手柄的Kinect 系統(tǒng)可以檢測(cè)大約10英尺遠(yuǎn)的動(dòng)作。游戲系統(tǒng)跟蹤玩家整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)，而汽車(chē)系統(tǒng)只需要跟蹤駕駛員的手勢(shì)。測(cè)量手勢(shì)的系統(tǒng)越復(fù)雜，中間件將傳感器輸出轉(zhuǎn)換成可定義的操作越復(fù)雜。

前景展望

LG和索尼等公司正在與德?tīng)柛Ｆ?chē)公司、哈曼國(guó)際集團(tuán)、大陸集團(tuán)和BHTC等眾多一級(jí)汽車(chē)制造商聯(lián)手開(kāi)發(fā)汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)。乘員舒適性、多媒體、導(dǎo)航和信息娛樂(lè)成為優(yōu)先考慮的主要應(yīng)用，這與駕駛員輔助和無(wú)人駕駛汽車(chē)的發(fā)展相吻合。當(dāng)且僅當(dāng)成為現(xiàn)實(shí)時(shí)，從車(chē)中乘員角度考慮，避免駕駛員分心不再是問(wèn)題。