信息娛樂手勢控制有助于避免因擺弄觸摸屏和位置不佳的撥盤而分心，從而增強駕駛員的體驗和安全性。手勢識別可以補充觸摸屏、語音和旋鈕，以便駕駛員可以專注于道路。飛行時間相機雖然很花哨，但計算量大且昂貴。一種新的顛覆性方法將光學(xué)器件、傳感和模擬前端的使用集成到單個ASIC中，大大降低了成本，并推動了這一重要技術(shù)在更廣泛的汽車中的采用。

介紹

目前僅在豪華車中可用的汽車信息娛樂手勢控制提高了駕駛員的安全性和舒適性。通過手勢控制，駕駛員在操作觸摸屏或轉(zhuǎn)盤時無需冒著將視線從道路上移開的風(fēng)險。通過手勢識別，駕駛員可以調(diào)節(jié)音量和氣流，在連接的手機上揮手呼叫，或者通過輕彈手腕等方式更改音樂播放列表。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，并且可以補充語音。

例如，駕駛員可以要求虛擬助手播放某首歌曲，然后旋轉(zhuǎn)一只手，調(diào)高音量，同時他們的眼睛一直盯著路面。與手勢相反，語音識別的使用需要LTE連接回云處理器才能理解所有方言和語言，因此需要一個主要的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)車窗向下時，如果天窗打開，或者車內(nèi)音樂響起，語音識別也不起作用。除了提高交通安全外，手勢識別還可以幫助無法使用語音識別技術(shù)的聾啞人。觸摸面板非常分散注意力，需要駕駛員記住按鈕位置并依靠觸覺在顯示屏上導(dǎo)航。最后，雖然基于觸摸的命令可能不可避免地導(dǎo)致觸摸表面的一些磨損，但手勢識別技術(shù)不會磨損受控設(shè)備。

目前，只有豪華或一級汽車采用了手勢控制技術(shù)，因為它們的復(fù)雜性和成本很高。但這項技術(shù)的好處值得盡一切努力擴大中低端汽車的采用。在此設(shè)計解決方案中，我們討論了一個典型應(yīng)用，并介紹了一種新的顛覆性方法，該方法具有高度集成度且具有成本效益，使更多的汽車能夠采用手勢識別。

典型系統(tǒng)

圖 2 展示了一種依靠飛行時間 （ToF） 相機來識別和掃描 3D 場景的典型技術(shù)。ToF技術(shù)包括向要分析的目標(biāo)發(fā)送紅外光束。反射信號由模擬前端（AFE）處理，原始數(shù)據(jù)沿線移動到應(yīng)用處理器（AP）進行手勢識別。

圖2.汽車中的手勢控制。

該系統(tǒng)具有高像素數(shù)（60，000），可以執(zhí)行眼睛/面部，身體和手指跟蹤，識別復(fù)雜的手勢，并具有上下文感知功能。它會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要復(fù)雜的MCU進行處理。攝像頭和復(fù)雜MCU的使用使該系統(tǒng)用途廣泛，但價格昂貴。ToF可能提供很多手勢可能性，但對于汽車應(yīng)用來說過于復(fù)雜，需要客戶使用手冊對其進行編程，并且日常使用不需要。

突破性技術(shù)

信息娛樂手勢控制的優(yōu)勢保證了通過提供簡單但重要的手勢控制來降低復(fù)雜性和成本，以便更廣泛地使用。新型光電二極管陣列ASIC集成了光學(xué)器件、光電探測器陣列和模擬前端（AFE），如圖3所示。

圖3.集成手勢傳感器系統(tǒng)。

集成的手勢傳感器通過 SPI 或 I 連接到簡單的 MCU2用于識別過程的 C 總線。這種集成是通過專有的光學(xué) QFN 封裝 （4mm x 4mm） 實現(xiàn)的。圖4顯示了整個集成，包括ASIC上的傳感器光電二極管以及光學(xué)濾波。

圖4.集成光學(xué)元件和 AFE 橫截面。

傳感器陣列必須受到太陽輻照度的保護。在940nm處，太陽輻照度從H下降2O 在大氣中的吸收。這是傳感器工作的地方。光學(xué)高通濾光片消除了875nm以下的所有太陽輻照度。（圖5）。

圖5.保護傳感器免受太陽輻照度的影響。

四個 940nm IR-LED 二極管照亮目標(biāo)。反射光由 ASIC 上的 60 像素傳感器陣列感測，該陣列還集成了所有必要的信號數(shù)字化和控制功能（圖 6）。

圖6.集成手勢傳感器集成。

集成手勢傳感器操作

圖4所示的“孔徑”包括一層黑色專有涂層上的孔，該孔限制了光的攝入。準(zhǔn)針孔相機方法具有大光圈，可創(chuàng)建斑點或模糊圖像，而不是聚焦圖像。10x6光電探測器陣列捕獲整個斑點。例如，紅外二極管陣列發(fā)出一系列持續(xù)時間為25μs的光脈沖，每個脈沖后有25μs的暫停。光電探測器陣列在照明期間對光進行積分，并在暫停期間減去光。從前者中減去后者會消除環(huán)境光共模，從而估算出斑點強度?？傓D(zhuǎn)換周期為 20 毫秒，結(jié)果為每秒 50 幀 （FPS）。每一幀都傳遞到MCU進行處理，以計算矢量運動。處理矢量數(shù)據(jù)，并由算法輸出生成的手勢事件。

由于像素數(shù)低（60），這種技術(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7所示為MAX25205的簡單應(yīng)用電路。用于手勢和接近感應(yīng)的低成本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可識別以下獨立且重要的手勢：

手輕掃手勢（左、右、上、下）

手指和手部旋轉(zhuǎn)（CW 和 CCW）

接近檢測

點擊延遲

空氣點擊

浪

需要低功耗、低成本、非浮點 CPU 來處理來自傳感器的數(shù)據(jù)。這可以是 Arm M0 或來自另一個 CPU 的備用 MIPS。這方面的BOM非常小——幾個濾波電容和一個驅(qū)動每個IR-LED的分立MOSFET晶體管。?

圖7.集成手勢傳感器應(yīng)用示意圖。

結(jié)論

手勢識別可提高駕駛員的安全性和體驗。它帶來了“酷”的汽車體驗，沒有高價標(biāo)簽的刺痛。到目前為止，基于ToF的解決方案的高復(fù)雜性和成本限制了該技術(shù)在高端汽車上的采用。在此設(shè)計解決方案中，我們簡要討論了ToF方法的局限性，并介紹了一種新穎的顛覆性手勢識別ASIC，它將光學(xué)器件、傳感和AFE集成到一個小型專有的光學(xué)側(cè)可潤濕QFN封裝中。ASIC與廉價的CPU相結(jié)合，不僅以比ToF相機更低的成本和復(fù)雜性提供手勢識別，而且有助于將這種新技術(shù)的采用范圍擴大到更大類別的汽車和其他消費產(chǎn)品。

審核編輯：郭婷