3D手势识别给人机交互插上翅膀

lgh831010 · 发表于 2017-6-7 21:06:38

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随着机器人技术的飞速发展，机器人已广泛应用于各个领域的现场，如扫地机器人、服务员机器人、厨师机器人、迎宾机器人等，机器人作为颠覆性的技术，不光是技术方面的发展，同时也能够带来科学和技术进一步融合。
　　自从有了人类也就有了手势，在说话时常常通过肢体语言来强化所要表达的内容，这种自然形成的交互方式与GestIC技术相结合必定能促进现代人机互动的发展。鉴于此，电子发烧友网《机器人技术特刊》诚邀Microchip亚太区人机界面及高级输入设备部营销经理Andreas Guete，共同探讨机器人领域中3D手势跟踪与识别传感技术未来走向以及发展趋势。

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　　Microchip亚太区人机界面及高级输入设备部营销经理 Andreas Guete表示，Microchip开发的GestIC®技术只有一个目标：给3D手势识别提供高性价比的单芯片解决方案，而MGC3030和MGC3130完全实现了此目标。

　　“人手有意义的运动”被称为手势，它们的运用非常广泛。Andreas Guete表示，Microchip手势识别解决方案专为检测这些运动进行了优化，并根据不同的应用选择不同的芯片——由于无需主机进行任何干预，因而集成手势识别如同连接机械按钮一样轻松。
　　同时，可识别的手势除了上下左右简单的方向移动外，还包括许多复杂的画圈。Andreas Guete表示，集成此类手势识别即廉价又轻松，可以开拓更多更广泛的市场，如音响系统、家庭自动化及数字屏幕产品都囊括其中，将来还可能开发物联网、游戏、汽车市场等等。
　　克服传统识别技术三大挑战
　　相对与传统识别技术，在三个主要方面，Microchip手势识别解决方案都可以克服：
　　其一，基于摄像头的手势识别解决方案是传统的跟踪和识别手势的方式。摄像头以光线作为感应元素，需要镜头来捕捉图像。这种传统方法有五个不足：
　　1、视角。摄像头有一定视角，靠它越近，它可能越看不见你；
　　2、光线条件。无光、过分光照及迅速改变光照环境时都无法获取数据；
　　3、仅能获取原始数据，任何摄像头都能成像无数。比如1兆像素、50 fps、8位RGB等于150 MBps的原始数据流，可是不需要原始数据，而需要检测手势。所以需要硬件计算单元进行计算，还需要编写软件或购买现成软件的许可权来检测真实的手势。总而言之：基于摄像头的手势识别复杂而昂贵；
　　4、通孔及装配空间。要安装摄像头的镜头就需要打孔并且孔还需要有一定的深度，这与我们的初衷背道而驰。而且，一小搓灰尘就有可能让基于摄像头的系统失效；
　　5、隐私。摄像头会监视用户的行动，使个人隐私受到威胁。
　　其二，虽然通过布置多个摄像头和人造光可以解决视角和光线的问题，而便宜好用的GestIC从没有这些问题的困扰。
　　其三，以电场作为感应媒介开发了GestIC技术，摆脱了色彩和光线的约束，它耗电少、原始数据约为2 kBps—大大低于摄像头系统的数据量，这些都确保其单芯片手势处理的可行性。
　　MGC3x30系列凸显差异化优势
　　在音响系统中，手势能实现对系统的快速控制，轻松挥手即可实现音轨切换，用手指在空中画圈即可调大音量。Andreas Guete表示，GestIC对主机没有要求（所有计算均由芯片完成），所以它对嵌入式设备来说是绝佳的手势解决方案，这也是市场上唯一提供自动唤醒功能的系统。没有互动时，系统将进入低功耗状态，当检测到人手靠近时系统会被唤醒。优势主要体现在：
　　一是，MGC系列不仅低成本而且低功耗，堪称独一无二的分立式手势识别系统，它有许多卓越的特性也许一开始并不特别引人注目。除了自唤醒模式和各种简单复杂的手势控制方式，最受消费者喜爱的当属手势port功能；
　　二是，MGC能将手势映射至引脚，从而只需几根电线就可以将MGC3030/3130与主机相连，无需总线；
　　三是，MGC SoC的设计使之能在1 us内转换至完全激活状态——支持在任何时间检测任何手势，同时功耗最低，因为系统仅在需要时才会被唤醒。
　　靠近电场时，系统总会发出传导噪声，这是电容性系统的通病，在这方面，GestIC也有所突破。对此Andreas Guete表示，GestIC不仅内置了自动频率采纳（AFA），同时还引入了数字噪声滤波算法来过滤噪声，AFA将工作频率设定为与频率最低的噪声相当，自适应数字滤波确保灵敏地检测手势所需的信噪比。不仅如此，所有工作均由芯片独立完成，与主机无关，GestIC还能覆盖完整感应区，无任何盲点。
　　看清触摸传感未来布局策略
　　触摸传感已成为许多产品的必备功能，习惯了智能手机带来的便捷，于是希望其他商品也一样便捷。为实现这一目标，Andreas Guete表示，Microchip将不断致力于向单芯片解决方案添加更多功能，比如屏幕表面手势识别。如今大家都喜欢轻轻一划删除邮件，完成该手势识别的是操作系统，许多嵌入式设备不依靠操作系统运行，所以通常不具有这种巧妙的界面交互。
　　现有的2D触控器和未来的2D触控器都会内置表面手势识别系统。Andreas Guete指出，“捏指缩放”将更加普及，不仅限于手机，还将继续提供防水触摸解决方案，从防水按钮到2D防水触控器，实用性永远是我们关注的重点。就性能、低功耗和温度范围而言，Microchip产品十分突出，对汽车市场也很感兴趣，未来将为汽车客户提供量身定制的产品，扩大1D、2D和3D产品的应用范围。
　　不仅如此，在CES上也展示了GestIC手势识别与屏幕相结合这一最新创新技术。人们长期以来一直希望能通过多点触摸或在屏幕正前方不超过20 cm处通过3D手势操控屏显内容，如今这一梦想已成现实。Andreas Guete表示，希望未来除了靠GestIC和3D手势技术，也能靠触摸板、触摸屏和按钮开发新市场，对Microchip用户界面解决方案和用户来说，CES仅仅是一个开端，辉煌的一年即将到来。