适用于我们其他人的汽车信息娱乐手势控制

信息娱乐手势控制有助于避免因摆弄触摸屏和位置不佳的拨盘而分心，从而增强驾驶员的体验和安全性。手势识别可以补充触摸屏、语音和旋钮，以便驾驶员可以专注于道路。飞行时间相机虽然很花哨，但计算量大且昂贵。一种新的颠覆性方法将光学器件、传感和模拟前端的使用集成到单个ASIC中，大大降低了成本，并推动了这一重要技术在更广泛的汽车中的采用。

介绍

目前仅在豪华车中可用的汽车信息娱乐手势控制提高了驾驶员的安全性和舒适性。通过手势控制，驾驶员在操作触摸屏或转盘时无需冒着将视线从道路上移开的风险。通过手势识别，驾驶员可以调节音量和气流，在连接的手机上挥手呼叫，或者通过轻弹手腕等方式更改音乐播放列表。手势控制可以最大限度地减少触摸屏的使用，使它们不那么分散注意力，并且可以补充语音。

例如，驾驶员可以要求虚拟助手播放某首歌曲，然后旋转一只手，调高音量，同时他们的眼睛一直盯着路面。与手势相反，语音识别的使用需要LTE连接回云处理器才能理解所有方言和语言，因此需要一个主要的数据库。当车窗向下时，如果天窗打开，或者车内音乐响起，语音识别也不起作用。除了提高交通安全外，手势识别还可以帮助无法使用语音识别技术的聋哑人。触摸面板非常分散注意力，需要驾驶员记住按钮位置并依靠触觉在显示屏上导航。最后，虽然基于触摸的命令可能不可避免地导致触摸表面的一些磨损，但手势识别技术不会磨损受控设备。

目前，只有豪华或一级汽车采用了手势控制技术，因为它们的复杂性和成本很高。但这项技术的好处值得尽一切努力扩大中低端汽车的采用。在此设计解决方案中，我们讨论了一个典型应用，并介绍了一种新的颠覆性方法，该方法具有高度集成度且具有成本效益，使更多的汽车能够采用手势识别。

典型系统

图 2 展示了一种依靠飞行时间 （ToF） 相机来识别和扫描 3D 场景的典型技术。ToF技术包括向要分析的目标发送红外光束。反射信号由模拟前端（AFE）处理，原始数据沿线移动到应用处理器（AP）进行手势识别。

图2.汽车中的手势控制。

该系统具有高像素数（60，000），可以执行眼睛/面部，身体和手指跟踪，识别复杂的手势，并具有上下文感知功能。它会产生大量数据，需要复杂的MCU进行处理。摄像头和复杂MCU的使用使该系统用途广泛，但价格昂贵。ToF可能提供很多手势可能性，但对于汽车应用来说过于复杂，需要客户使用手册对其进行编程，并且日常使用不需要。

突破性技术

信息娱乐手势控制的优势保证了通过提供简单但重要的手势控制来降低复杂性和成本，以便更广泛地使用。新型光电二极管阵列ASIC集成了光学器件、光电探测器阵列和模拟前端（AFE），如图3所示。

图3.集成手势传感器系统。

集成的手势传感器通过 SPI 或 I 连接到简单的 MCU2用于识别过程的 C 总线。这种集成是通过专有的光学 QFN 封装 （4mm x 4mm） 实现的。图4显示了整个集成，包括ASIC上的传感器光电二极管以及光学滤波。

图4.集成光学元件和 AFE 横截面。

传感器阵列必须受到太阳辐照度的保护。在940nm处，太阳辐照度从H下降2O 在大气中的吸收。这是传感器工作的地方。光学高通滤光片消除了875nm以下的所有太阳辐照度。（图5）。

图5.保护传感器免受太阳辐照度的影响。

四个 940nm IR-LED 二极管照亮目标。反射光由 ASIC 上的 60 像素传感器阵列感测，该阵列还集成了所有必要的信号数字化和控制功能（图 6）。

图6.集成手势传感器集成。

集成手势传感器操作

图4所示的“孔径”包括一层黑色专有涂层上的孔，该孔限制了光的摄入。准针孔相机方法具有大光圈，可创建斑点或模糊图像，而不是聚焦图像。10x6光电探测器阵列捕获整个斑点。例如，红外二极管阵列发出一系列持续时间为25μs的光脉冲，每个脉冲后有25μs的暂停。光电探测器阵列在照明期间对光进行积分，并在暂停期间减去光。从前者中减去后者会消除环境光共模，从而估算出斑点强度。总转换周期为 20 毫秒，结果为每秒 50 帧 （FPS）。每一帧都传递到MCU进行处理，以计算矢量运动。处理矢量数据，并由算法输出生成的手势事件。

由于像素数低（60），这种技术允许接近和手指跟踪，旋转和其他基本但重要的手势。

应用电路

图7所示为MAX25205的简单应用电路。用于手势和接近感应的低成本数据采集系统可识别以下独立且重要的手势：

手轻扫手势（左、右、上、下）

手指和手部旋转（CW 和 CCW）

接近检测

点击延迟

空气点击

浪

需要低功耗、低成本、非浮点 CPU 来处理来自传感器的数据。这可以是 Arm M0 或来自另一个 CPU 的备用 MIPS。这方面的BOM非常小——几个滤波电容和一个驱动每个IR-LED的分立MOSFET晶体管。®

图7.集成手势传感器应用示意图。

结论

手势识别可提高驾驶员的安全性和体验。它带来了“酷”的汽车体验，没有高价标签的刺痛。到目前为止，基于ToF的解决方案的高复杂性和成本限制了该技术在高端汽车上的采用。在此设计解决方案中，我们简要讨论了ToF方法的局限性，并介绍了一种新颖的颠覆性手势识别ASIC，它将光学器件、传感和AFE集成到一个小型专有的光学侧可润湿QFN封装中。ASIC与廉价的CPU相结合，不仅以比ToF相机更低的成本和复杂性提供手势识别，而且有助于将这种新技术的采用范围扩大到更大类别的汽车和其他消费产品。

审核编辑：郭婷