实现非接触控制面板的两项关键技术

shuszhao · 发表于 2020-11-26 09:17:54

冠状病毒的传播能力很强，到目前为止人们仍然没有找到应对之策，这促使许多系统工程师尝试利用现有技术来设计通用的无接触用户介面。因为在公共场所，要想保持所有用户接触介面（例如电梯按钮和互动式公共信息板）无菌，几乎是不可能的。
Holo Industries公司开发了一系列非接触控制面板，避免细菌传播。最开始的两个应用是针对餐厅电梯和公共信息板的：设备将浮动的控制面板图像投影到空中，用户可以激活投影的面板，当用户“触摸”空中控制键时，投影面板可以感测到用户的手指（图1）。Holo Industries已提供这种投影面板的PC演示版本，供那些想试用这一技术并将其集成到系统设计中的开发人员使用。由于面板表面没有机会被污染，当然就用不着灭菌了。

图1：非接触控制面板投射一个浮动影像，使用者只需触摸薄薄的空气即可与之互动。 (图片来源：Holo Industries)
这些设备展示了巧妙的系统工程设计，为复杂问题提供了快速的解决方案。设计这些面板的部分原因是为了应对新冠疫情，开发人员并不是从头开发一种新技术，而是采用两种已有的核心产品（在某些应用中已存在数年了），并将它们与专有固件和所需器件结合起来，形成新的非接触式触控面板。
其中一项核心产品是Asukanet公司于2017年推出的ASKA3D投影板。该投影板使用透射二面角(dihedral corner)反射阵列将物体的影像投影到面板上方的空间，投影的影像在光学上是“真实的”，这意味着空中影像的光传播进入人眼的方式与实际物体的光传播方式相同，如图2所示。对使用者来说，投射影像就像一个实际的物体漂浮在空中，人们可以从各个角度、不同侧面看它，甚至还可以给它拍照。

图2：投射影像上的每个点都发射光，就像一个真实的物体。(资料来源：Asukanet)
第二个关键产品是Neonode Technologies公司的zForce触摸传感器，它使用红外投影仪和传感器阵列来检测用户手指穿过感应面时的空间位置(图3)。利用这种2014年推出的基本技术，可以测量手伸入感应平面的深度，从而确定“触摸”位置并估算触摸的“力度”。

图3：zForce触摸传感器使用一系列红外线发射器和接收器来确定物体（例如手指）在感应面上的位置。(图片来源：Neonode Technologies)
当然，开发控制面板不只会用到这两种产品，还需要考虑其它许多设计要素，包括面板尺寸、视角、用户对使用按钮的反馈，以及如何让开发人员配置虚拟控制面板等。但是，生成浮动影像及感应虚拟按钮按下所需的先进技术基本上是现成的，从而省去了繁重的技术开发工作。
这就是系统设计的力量和挑战：将他人开发的各种组件集成到功能方案中来解决问题，而组件设计人员却可能想不到这样做。在本文的例子中，Holo Industries的开发人员通过巧妙利用现有技术和产品，迅速开发了一个控制系统，帮助抵御新冠病毒的传播。