人机交互中LED有什么样的作用和应用说明

近几年，随着智能手机和平板电脑的普及，人机交互成为高频词汇。那么，在人机交互这场技术变革中，LED扮演着什么样的角色呢？

红外LED在人机交互中的作用

王征在《LED灯光对交互方式的影响》一篇论文中就指出： LED 发出的非可见光即红外线更是改变着当前甚至未来人类的生活方式。由光谱可知，人眼通常可感知的可见光波长范围在 400 ～ 760 纳米之间（可见光波长由短到长依次为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红），而红外 LED 则可发射出约 850 ～ 980 纳米波长的红外线。虽然人眼感受不到，但具有夜视功能的摄像设备却可以清晰地捕捉到红外线照射下的物体。近年来在人机交互领域涌现出的多种足以改变人类生活方式的交互技术手段，也正是运用了 LED 红外线的这一特性。

他提到，虽然采用 FTIR 技术的多点触摸设备逐渐式微，但红外 LED 却没有退出历史舞台。早在2012年末，它们被嵌入到 全球最炙手可热的科技产品——Leap Motion 之中 , 这是一款外观小巧但工作精度可达 0.01 毫米的桌面体感设备。Leap Motion 关注到了用户与电脑间的开阔空间，把这一区域转化为双手和手指的舞台。不论它们的每一次移动多么细微，又或是多么大幅度，Leap Motion 控制器都能精确追踪。从技术上说，这是一个 8 立方英尺的可交互式 3D 空间，更接近人的立体手势而不再仅仅是平面上的手指位移。

据了解，Leap Motion 控制器的组成非常简单 ：两个高帧率摄像头、三个红外 LED 灯，以及一块 USB3.0 芯片。控制器中的红外 LED 灯将发射出某一波长的红外光线并提供满足感应空间所需的红外照明。以两个摄像头为基础硬件的 Leap Motion，其可视范围是一个倒金字塔，塔尖在设备中心。Leap Motion 在推出伊始，业界对它能够如此精确地识别手指手势、物品感到惊叹的同时也在揣测其技术原理。Leap Motion 的硬件并无特殊之处，关键在于其强大的视觉分析系统。Leap Motion 采用笛卡尔右手坐标系，当检测到手、手指、工具或手势时，系统将为它分配一个唯一的 ID 指示符，只要该实体一直在 Leap Motion 的可视范围内，此 ID 将保持不变。若该目标丢失或失而复得，系统也将会分配一个全新的 ID。除上述追踪功能外，Leap Motion 分析总体运动趋势的算法也值得称赞。它通过捕捉到的当前帧与之前一个特别帧进行对比，得出相关的帧运动信息，包括旋转、缩放、位移等等。Leap Motion 的出现，填补了近距离体感操作这一人机交互领域的空白。

对于未来，他指出：在人机交互方面，随着人工智能技术的应用普及，特别是机器视觉技术的广泛使用，一大批以体感操作为交互方式的智能设备（如国内的乐视、小米电视与以 Xbox360 Kinetic 为代表的支持体感操作的游戏机等）已迅速进入广大百姓的家庭生活，并得到了用户的广泛好评。LED 红外灯已成为这类智能设备中捕捉稳定图像所标配的硬件组成。移动芯片计算能力的提升、无线传输速率的提高、更多传感器的嵌入，以及机器视觉 能力的增强，在各种设备智能化的同时，也就会相应提出更加智能的人机交互方式。相信未来红外 LED 与人机交互最重要的研究方向——自然用户界面（Natural User Interface）之间会有更紧密地结合。

人屏交互时代来临

一直以来，传统的LED大屏都是以“单向传播”的方式面向受众。近年，随着新技术的发展，屏幕与人之间不再局限于“单箭头传播”，而是转向“智能交互”。现阶段，人机交互的方式主要有屏网联动、触碰互动、和其他技术（如体感技术、增强现实、人脸识别等）。

屏网联动。“互联网+”时代的来临，让业内一些反应迅速的人意识到传统媒体与新型媒体融合的发展趋势，并适时结合技术成功牵手新型媒体。“联网控播”就是一条LED大屏与互联网结合的发展之路，利用手机、PC、电脑等端口，进行联网操作，结合时下热门的二维码、APP等多项功能，实现LED大屏与受众之间的联合互动，刺激受众兴趣的增长，增强受众的参与性。

搭载触碰技术。当前，LED显示屏已经可以通过搭载“触碰技术(感应器)”实现直接“人屏互动”，如互动LED地砖屏、触摸屏等。其中，LED地砖屏在互动领域表现十分突出，尤其是在舞台方面，它的表现十分抢眼。而LED触摸屏大多用于近距离显示领域，对产品的显示效果要求也较为严苛，为适应近距离显示的需要，厂家将LED触控屏与小间距技术相结合，不仅可以实现智能互动，还可以提升用户体验。

LED地砖屏

其他互动技术。目前，LED大屏互动已经发展成为整个行业的趋势，LED大屏可以通过吸纳体感技术、增强现实技术、人脸识别技术等前沿科技实现互动。纵观VR市场，VR产品与LED屏是密不可分。并且，从VR产业链的角度出发，LED显示屏是最基础也是最重要的硬件设施，拥有更好画质效果的LED显示屏无疑可以显著提升VR产品的用户体验。

LED环、LED矩阵、LED照明成界面

现在的产品变得非常智能且彼此相互连接。扬声器、电视、冰箱、机顶盒和烟雾探测器等器件不再只是处在某一位置的工具 - 用户可远程或通过语音唤醒控制它们。这些器件比以前更加智能，这意味着它们还需要更加智慧的人机交互界面。

人机交互的界面可以多种多样，由发光二极管（LED）的各种创造性的组合而形成的LED环、LED矩阵或红绿蓝（RGB）LED照明等是现在炙手可热的人机交互方式，特别是通过改变诸如追逐或闪烁等。

用于人机交互界面的LED实例

LED驱动对人机界面设计的影响

要拥有一个极其友好的人机界面，这些元素很重要：

完美的色彩混合，颜色随用户要求而变化。

适合的LED亮度：白天不要太暗，夜晚不要太亮。

美观的动态变化效果，如追逐或闪烁。

电源来自电池时，也同样能实现一致的亮度显示和高效率。

虽然乍看这一列表令人从无下手，但其实只需要一款出色的LED驱动器就可以轻松实现，这个LED驱动器需要具有如下的功能：

能够使用合适的通信协议，如I2C，驱动多个通道。微控制器（MCU）可与该器件通信并独立控制每个通道，而不会消耗大量的通用输入/输出GPIO引脚资源。

高分辨率脉冲宽度调制（PWM）控制，用于改变LED的亮度，但又不会过于有台阶变化的视觉感受。

极低的静态电流，以及合适的省电模式。

高频的脉冲宽度调制信号可避免出现人耳可辨别的噪声，因为许多LED指示灯与扬声器一同使用。

德州仪器的LP50xx系列多通道RGB LED驱动如图2所示，非常适合此功能。

图 ：LP50xx系列功能块

这些器件集成了一个12位PWM发生器。其工作频率高于人类可辩噪声频率，每通道频率为29 kHz，可实现平稳、精确的色彩弯化控制及零噪声。每个通道提供独立的颜色混合和亮度控制。通过集成的省电模式，这些LED驱动可显著降低功耗，从而提高待机模式下的整体系统效率。LP50xx系列有9,12,18,24,30,36多种选择，可以满足不足LED配置的设计需求。

LP50xx系列能够帮忙您实现LED作为人机交互界面的中的无缝、流畅的变换效果，广泛适用于便携式电子设备、楼宇自动化和智能家电设备。