無論在德國高速公路上疾馳,還是沿著加州1號公路蜿蜒的大蘇爾海岸線行駛,駕駛雙手不能離開方向盤,眼睛不能偏離道路。毫無疑問,駕駛汽車不能分神,這也正是為什麼汽車製造商在功能設計上保持駕駛目光集中於道路,而不是中控台的大螢幕。

主要人機介面(HMI)技術包括抬頭顯示器、改進的語音辨識和手勢控制。目前使用簡單滑動手勢控制的應用包括更換收音機電台、接聽電話、播放清單中下一首歌曲、功能表滾動、導航螢幕縮放、天窗開關,以及頂燈控制。現在,高階汽車都配有手勢控制和支持這種功能的感測器。

2018年,《全球市場洞察(Global Market Insights)》進行的一項市場調查預測,汽車手勢辨識市場規模將從2017年的110萬美元增長到2024年的136億美元。預計2024年,手勢辨識市場份額將超過86億美元。2018年至2024年,美國和歐洲市場年複合成長率預計將超過40%。報告指出,隨著汽車電子系統相容性和操控性等方面的進步,各國政府制定的安全條例在產品中的滲透率正在提高。然而,從2017年到2024年,過高的成本、複雜性和整合度可能對汽車手勢辨識市場構成挑戰。

光學手勢辨識系統

光學感測器可用來檢測手部滑動。基本上,能夠檢測三個發射器一個接一個快速連續脈衝訊號的整合度式接近感測器,結合外部連接的紅外發射器可以建立一個手勢動作區。簡單的左右滑動和放大縮小動作只需要兩個發射器。圖1中,內部LED驅動器驅動左發射器,在此過程中獲得接近讀數。這個值轉換成數位計數,數位介於0與大約65k 之間,因為類比數位轉換器解析度為16位元。然後,多工器將連接左側發射器的輸出切換到連接右側發射器的輸出,依次驅動右發射器,同時獲得另一個接近讀數。兩個讀數保存在感測器內部單獨的資料寄存器中,供主機微控制器分別讀取。微控制器提取這些測量值,對兩個讀數進行比較。

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如果手靠近左發射器,感測器輸出計數一開始左側讀數高於右側讀數。當手繼續向右滑動,接近兩個發射器之間的中心時,感測器輸出計數大致相等,當手由左側完全滑動到右側時,右側發射器的輸出計數將高於左側發射器。這種情景可以旋轉90度,進行上下手勢控制。透過測量靠近或遠離感測器,感測器的輸出可以實現縮放功能。這些演算法可根據手一出現超過極限接近值,推斷前面什麼也沒有時,感測器讀取數值的偏移量。

更可靠、更複雜的演算法以連續流方式記錄每個發射器的訊號,用疊加的測量幀分析訊號形狀。然後,用一個發射器的訊號相對於另一發射器訊號的疊加百分比表示時間差,表明出現手勢。增加第三個發射器將提高上述簡單手勢的解析度,可以用來辨識更複雜的手勢。很多變數需要考慮:物體大小,如果不是手的話、物體與感測器和發射器之間的距離、運動物體的速度、運動物體的反射率、發射器之間的距離、避免誤檢的閾值量,以及環境亮度和可能的光學干擾。靈活選擇離散發射器的位置對於設計工程師非常重要,這樣可以控制手勢幅度的大小和靈敏區。一些感測器與發射器整合度在單個封裝中,消除了這種靈活性。紅外發射器和感測器系統典型感應範圍為20公分或8英吋。

雖然以前的系統使用紅外發射器和光數接近感測器,但其他採用飛行時間(ToF)感測器與3D 攝影機相結合的系統可以達到毫米級細微性。這顯然是更昂貴的系統,但確實可以測量「小」的手指手勢與大的滑動動作。已經推出的第一代應用在汽車中辨識大幅度動作,第二代系統將辨識多種手指手勢。

想像一下智慧手機螢幕放大照片時的手指動作。汽車製造商希望辨識這種空中手勢。這必然需要3D攝影系統。Murray Slovick最近指出,這種功能類似玩家在遊戲系統中使用的運動檢測。例如,微軟Xbox遊戲操縱桿的Kinect 系統可以檢測大約10英呎遠的動作。遊戲系統追蹤玩家整個身體運動,而汽車系統只需要追蹤駕駛的手勢。測量手勢的系統越複雜,中介軟體將感測器輸出轉換成可定義的操作越複雜。

前景展望

LG和Sony等公司正在與德爾福汽車(Delphi Automotive)、哈曼國際集團、大陸集團和BHTC等眾多一級汽車製造商聯手開發汽車手勢辨識系統。乘客舒適性、多媒體、導航和資訊娛樂成為優先考慮的主要應用,這與駕駛輔助和無人駕駛汽車的發展相吻合。「若且唯若(if and only if)」成為現實時,從車中乘客角度考慮,避免駕駛分心不再是問題。