合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院(238000 ) 徐 彬
手勢(shì)控制技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用
合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院(238000 )徐彬
現(xiàn)在,各個(gè)汽車(chē)廠(chǎng)商在動(dòng)力和排量之間的差異已經(jīng)不再明顯,而科技化的個(gè)性功能——車(chē)載互聯(lián)、操作系統(tǒng)及各種科技元素是汽車(chē)廠(chǎng)商吸引消費(fèi)者的重要手段之一。手勢(shì)控制在人們?nèi)粘I钪械膽?yīng)用越來(lái)越廣泛,比如說(shuō)手勢(shì)控制電腦、手勢(shì)控制電視,還有更加智能的是利用手勢(shì)控制攝像頭來(lái)隔空玩游戲。目前,手勢(shì)控制是繼語(yǔ)音控制之后另一項(xiàng)受到許多汽車(chē)廠(chǎng)商追捧的技術(shù),手勢(shì)控制可以讓駕駛?cè)嗽隈{駛時(shí)簡(jiǎn)單地?fù)]揮手或做出幾個(gè)動(dòng)作就能對(duì)車(chē)載功能進(jìn)行控制,與語(yǔ)音控制相比,準(zhǔn)確率更高,同時(shí)也更方便,畢竟有些人覺(jué)得語(yǔ)音控制汽車(chē)系統(tǒng),尤其是在有其他乘客時(shí)非常尷尬。手勢(shì)控制汽車(chē)就是通過(guò)車(chē)載攝像頭識(shí)別特定手勢(shì),以此來(lái)替代汽車(chē)儀表盤(pán)上的各種旋鈕和按鈕。手勢(shì)控制的最大優(yōu)勢(shì)就是可簡(jiǎn)化操作,讓駕駛?cè)丝筛涌旖莸貙?shí)現(xiàn)各種操作。
手勢(shì)控制的核心是手勢(shì)識(shí)別技術(shù),就目前的技術(shù)而言,大多數(shù)手勢(shì)識(shí)別采用的是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)。手勢(shì)識(shí)別技術(shù)由簡(jiǎn)單粗略的到復(fù)雜精細(xì)的,大致可以分為二維手型識(shí)別、二維手勢(shì)識(shí)別和三維手勢(shì)識(shí)別3個(gè)等級(jí)。二維只是一個(gè)平面空間,可用X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)組成的坐標(biāo)信息來(lái)表示一個(gè)物體在二維空間中的坐標(biāo)位置,就像一幅畫(huà)出現(xiàn)在一面墻上的位置。而三維則是在此基礎(chǔ)上增加了“深度”(Z坐標(biāo))的信息,這里的“深度”并不是現(xiàn)實(shí)生活中所說(shuō)的那個(gè)深度,這個(gè)“深度”表達(dá)的是“縱深”,理解為相對(duì)于眼睛的“遠(yuǎn)度”也許更加貼切,就像是魚(yú)缸中的金魚(yú),它可以在你面前上下左右游動(dòng),也可能離你更遠(yuǎn)或者更近。前兩種手勢(shì)識(shí)別技術(shù),完全是基于二維層面的,只需要不含“深度”信息的二維信息作為輸入即可,就像拍照所得的相片一樣,只需要使用單個(gè)攝像頭捕捉到的二維圖像作為輸入,然后通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)輸入的二維圖像進(jìn)行分析,獲取信息,從而實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別。而第三種手勢(shì)識(shí)別技術(shù),是基于三維層面的,三維手勢(shì)識(shí)別與二維手勢(shì)識(shí)別的最根本區(qū)別就在于,三維手勢(shì)識(shí)別需要的輸入是包含有“深度”的信息,這就使得三維手勢(shì)識(shí)別在硬件和軟件兩方面都比二維手勢(shì)識(shí)別要復(fù)雜得多,當(dāng)然三維識(shí)別也能夠識(shí)別更多的動(dòng)作。對(duì)于一般的簡(jiǎn)單操作,比如只是想在播放視頻時(shí)暫停或繼續(xù)放映,二維手勢(shì)識(shí)別就足夠了,但對(duì)于一些復(fù)雜的人機(jī)交互,則只能采用三維手勢(shì)識(shí)別技術(shù)。
1.1二維手型識(shí)別
二維手型識(shí)別也可稱(chēng)為靜態(tài)二維手勢(shì)識(shí)別,識(shí)別的是手勢(shì)中最簡(jiǎn)單的一類(lèi)。這種技術(shù)在獲取二維信息輸入之后,可以識(shí)別幾個(gè)靜態(tài)的手勢(shì),比如握拳或者五指張開(kāi),其代表公司是被Google收購(gòu)的Flutter。在使用其軟件后,駕駛?cè)丝梢杂脦讉€(gè)手型來(lái)控制播放器,將手掌舉起來(lái)放到攝像頭前,視頻就開(kāi)始播放;再把手掌放到攝像頭前,視頻就暫停播放?!办o態(tài)”是這種二維手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的重要特征,這種技術(shù)只能識(shí)別手勢(shì)的“狀態(tài)”,而不能感知手勢(shì)的“持續(xù)變化”,舉個(gè)例子來(lái)說(shuō),如果將這種技術(shù)用在猜拳上的話(huà),它可以識(shí)別出石頭、剪刀和布的手勢(shì)狀態(tài),但對(duì)除此之外的手勢(shì),便一無(wú)所知。因此這種技術(shù)說(shuō)到底是一種模式匹配技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法分析圖像,和預(yù)設(shè)的圖像模式進(jìn)行比對(duì),從而理解這種手勢(shì)的含義。這種技術(shù)的不足之處顯而易見(jiàn)——只可以識(shí)別預(yù)設(shè)好的狀態(tài),拓展性差,控制感很弱,駕駛?cè)酥荒軐?shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的人機(jī)交互功能。
1.2二維手勢(shì)識(shí)別
二維手勢(shì)識(shí)別,比起二維手型識(shí)別來(lái)說(shuō)稍難一些,但仍然停留在二維的層面上,基本不含“深度”信息。這種技術(shù)不僅可以識(shí)別手型,還可以識(shí)別一些簡(jiǎn)單的二維手勢(shì)動(dòng)作,比如對(duì)著攝像頭揮揮手,其代表公司是來(lái)自以色列的PointGrab、EyeSight和ExtremeReality。二維手勢(shì)識(shí)別擁有了動(dòng)態(tài)的特征,可以追蹤手勢(shì)的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而識(shí)別將手勢(shì)和手部運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起的復(fù)雜動(dòng)作。這樣就把手勢(shì)識(shí)別的范圍真正拓展到二維平面上了,駕駛?cè)瞬粌H可以通過(guò)手勢(shì)來(lái)控制計(jì)算機(jī)播放/暫停,還可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、向上翻頁(yè)、向下滾動(dòng)這些需求二維坐標(biāo)變更信息的復(fù)雜操作。這種技術(shù)雖然在硬件要求上和二維手型識(shí)別并無(wú)區(qū)別,但是得益于更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法,可以獲得更加豐富的人機(jī)交互內(nèi)容。在使用體驗(yàn)上也提高了一個(gè)檔次,從純粹的狀態(tài)控制變成了比較豐富的平面控制。
1.3三維手勢(shì)識(shí)別
當(dāng)今手勢(shì)識(shí)別領(lǐng)域的重頭戲是三維手勢(shì)識(shí)別。三維手勢(shì)識(shí)別需要的輸入信息包含有“深度”的信息,可以識(shí)別各種手型、手勢(shì)和動(dòng)作。相比于前兩種二維手勢(shì)識(shí)別技術(shù),三維手勢(shì)識(shí)別不能再只使用單個(gè)普通攝像頭,因?yàn)閱蝹€(gè)普通攝像頭無(wú)法提供“深度”信息。要得到“深度”信息需要特別的硬件,目前世界上主要有3種硬件實(shí)現(xiàn)方式——光飛時(shí)間(Time of Flight)、結(jié)構(gòu)光(Structure Light)、多角成像(Multi-camera),再加上新的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件算法即可實(shí)現(xiàn)三維手勢(shì)識(shí)別。下面闡述三維手勢(shì)識(shí)別的三維成像硬件原理。
1.3.1光飛時(shí)間(Time of Flight,簡(jiǎn)稱(chēng)ToF)三維手勢(shì)識(shí)別
光飛時(shí)間(ToF)是SoftKinetic公司所采用的技術(shù),該公司為業(yè)界巨鱷Intel提供帶手勢(shì)識(shí)別功能的三維攝像頭,同時(shí),這一硬件技術(shù)也是微軟新一代Kinect所使用的。光飛時(shí)間的基本原理是加載一個(gè)發(fā)光元件,發(fā)光元件發(fā)出的光子在碰到物體表面后會(huì)反射回來(lái)。使用一個(gè)特別的CMOS傳感器來(lái)捕捉這些由發(fā)光元件發(fā)出、又從物體表面反射回來(lái)的光子,就能得到光子的飛行時(shí)間。根據(jù)光子飛行時(shí)間進(jìn)而可以推算出光子飛行的距離,也就得到了物體的“深度”信息。就計(jì)算上而言,光飛時(shí)間是三維手勢(shì)識(shí)別中最簡(jiǎn)單的,不需要任何計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的計(jì)算。由于光的傳播速度非??欤赥oF技術(shù)的感光芯片需要飛秒級(jí)的快門(mén)來(lái)測(cè)量光飛行時(shí)間,這也是ToF技術(shù)難以普及的原因之一,因?yàn)檫@樣的感光芯片成本過(guò)高。利用ToF技術(shù)進(jìn)行手勢(shì)控制,需要一個(gè)3D攝像頭進(jìn)行配合,攝像頭的用處是監(jiān)控并識(shí)別手勢(shì)變化。攝像頭內(nèi)置有紅外LED光發(fā)射裝置與接收裝置,根據(jù)光線(xiàn)發(fā)射與接收之間的時(shí)間差來(lái)分析出手勢(shì)的變化。最終得到的數(shù)據(jù)會(huì)傳遞給車(chē)載系統(tǒng)的控制單元,由控制單元調(diào)出與識(shí)別出的手勢(shì)相對(duì)應(yīng)的功能。
當(dāng)然,還有一種方式是將光脈沖改為無(wú)線(xiàn)電波,極高頻毫米波無(wú)線(xiàn)電波也同樣可以用來(lái)捕捉動(dòng)作、距離、速度等信息,感應(yīng)誤差精細(xì)到毫米。然而,如何把具有如此精度的設(shè)備微小化是一件十分艱難的事情,最難的地方在于微小化會(huì)影響器件的發(fā)射功率和效率、感應(yīng)靈敏度等。
1.3.2結(jié)構(gòu)光(Structure Light)三維手勢(shì)識(shí)別
結(jié)構(gòu)光技術(shù)的基本原理與ToF技術(shù)類(lèi)似,所不同之處在于其采用的是具有點(diǎn)、線(xiàn)或面等模式圖案的光。結(jié)構(gòu)光的代表應(yīng)用產(chǎn)品是PrimeSense公司為微軟家XBOX 360所做的Kinect一代。結(jié)構(gòu)光技術(shù)的基本原理是,加載一個(gè)激光發(fā)射器,在激光投射器外面放一個(gè)刻有特定圖樣的光柵,激光通過(guò)光柵進(jìn)行投射成像時(shí)會(huì)發(fā)生折射,從而使得激光最終在物體表面上的落點(diǎn)產(chǎn)生位移。也就是說(shuō),激光發(fā)射器將結(jié)構(gòu)光投射至前方的人體表面,再使用紅外傳感器接收人體反射的結(jié)構(gòu)光圖案,然后,處理芯片根據(jù)接收?qǐng)D案在攝像機(jī)上的位置和形變程度來(lái)計(jì)算物體、人體的空間信息。當(dāng)物體距離激光發(fā)射器比較近時(shí),折射而產(chǎn)生的位移較?。划?dāng)物體距離激光發(fā)射器較遠(yuǎn)時(shí),折射而產(chǎn)生的位移會(huì)相應(yīng)變大。這時(shí)使用一個(gè)攝像頭來(lái)檢測(cè)采集投射到物體表面上的圖樣,通過(guò)圖樣的位移變化,就能用算法計(jì)算出物體的位置和“深度”信息,進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間,即可進(jìn)行三維物體的識(shí)別。以Kinect一代的結(jié)構(gòu)光技術(shù)來(lái)說(shuō),因?yàn)橐蕾?lài)于激光折射后產(chǎn)生的落點(diǎn)位移,因此在太近的距離上,折射導(dǎo)致的位移尚不明顯,使用該技術(shù)就不能太精確地計(jì)算出“深度”信息,所以1 m~4 m是其最佳應(yīng)用范圍。
1.3.3多角成像(Multi-camera)三維手勢(shì)識(shí)別
多角成像這一技術(shù)的代表產(chǎn)品是Leap Motion公司的同名產(chǎn)品和Usens公司的Fingo。多角成像技術(shù)與立體成像技術(shù)相同,這種技術(shù)的基本原理是使用2個(gè)或2個(gè)以上的攝像頭同時(shí)攝取圖像,就好像是人類(lèi)用雙眼、昆蟲(chóng)用多目復(fù)眼來(lái)觀察世界,通過(guò)比對(duì)這些不同攝像頭在同一時(shí)刻獲得的圖像的差別,使用算法來(lái)計(jì)算“深度”信息,從而多角三維成像。這里以2個(gè)攝像頭成像來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明其原理,雙攝像頭測(cè)距是根據(jù)幾何原理來(lái)計(jì)算“深度”信息的。如圖1所示,使用2臺(tái)攝像機(jī)對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行拍攝,得到2幅針對(duì)同一環(huán)境的不同視角照片,實(shí)際上就是模擬了人眼工作的原理。因?yàn)?臺(tái)攝像機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)及它們之間相對(duì)位置的關(guān)系是已知的,只要找出相同物體(楓葉)在不同畫(huà)面中的位置,便能通過(guò)算法計(jì)算出該物體(楓葉)距離攝像頭的“深度”。
圖1 采用2臺(tái)攝像機(jī)的多角成像基本原理
多角成像是三維手勢(shì)識(shí)別技術(shù)中硬件要求最低,但同時(shí)也是最難實(shí)現(xiàn)的。多角成像不需要任何額外的特殊設(shè)備,完全依賴(lài)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法來(lái)匹配2張圖片里的相同目標(biāo)。相比于結(jié)構(gòu)光或光飛時(shí)間這兩項(xiàng)技術(shù)成本高、功耗大的缺點(diǎn),多角成像能提供“價(jià)廉物美”的三維手勢(shì)識(shí)別效果。
圖2 2016款寶馬7系轎車(chē)手勢(shì)控制功能示例(1)
2.12016款寶馬7系轎車(chē)手勢(shì)控制與iDrive、聲控相結(jié)合
2016款寶馬7系轎車(chē)首次帶來(lái)了手勢(shì)控制功能,如圖2和圖3所示,駕駛?cè)酥恍枰ㄟ^(guò)在中控臺(tái)前方的區(qū)域做出相對(duì)應(yīng)的固定手勢(shì),iDrive系統(tǒng)就會(huì)做出相應(yīng)的回應(yīng),該功能也是業(yè)界首次應(yīng)用在量產(chǎn)車(chē)型上,可以說(shuō)開(kāi)創(chuàng)了該領(lǐng)域的先河。寶馬將手勢(shì)控制與iDrive、聲控相結(jié)合,形成了更全面的車(chē)內(nèi)操作環(huán)境。在操作過(guò)程中,系統(tǒng)會(huì)幫助駕駛?cè)颂崾居煤畏N手勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。另外,在新寶馬7系轎車(chē)的后排還有智能觸控系統(tǒng),在后排中央扶手上配備了三星的Android系統(tǒng)平板電腦,它采用可拆卸設(shè)計(jì),能取下來(lái)拿在手上操作,可以連接車(chē)輛系統(tǒng)并提供全面的操作和設(shè)置選項(xiàng),例如可用它來(lái)調(diào)節(jié)后座和前排乘客座椅,還可操作后排空調(diào)、通風(fēng)、座椅加熱,以及車(chē)內(nèi)氛圍燈、玻璃天窗、百葉窗、娛樂(lè)功能等。
圖3 2016款寶馬7系轎車(chē)手勢(shì)控制功能示例(2)
2.2捷豹路虎車(chē)手勢(shì)反饋觸控
捷豹路虎投資了一家名為UltrahapatICs的創(chuàng)業(yè)公司,該公司擁有一項(xiàng)名叫ULT003 Mid-air Touch的超酷手勢(shì)控制技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)最有趣的一點(diǎn)在于,當(dāng)你在空中做出觸控操作,手可以感受到類(lèi)似操控物理按鈕的觸覺(jué)反饋。這項(xiàng)技術(shù)在觸控區(qū)域有一個(gè)超聲波發(fā)射設(shè)備,通過(guò)氣壓變化,在某個(gè)特定位置匯聚幾個(gè)聲波高壓點(diǎn),就能生成一個(gè)“摸得著、看不見(jiàn)”的界面。如圖4所示,只要手在一個(gè)有效范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng),設(shè)備就會(huì)追蹤到手部位置變化,在合適的位置憑空“捏造”出一個(gè)虛擬的三維立體物件,也可以是一個(gè)“旋鈕”或“按鍵”。和一般觸控操作相比,按鈕會(huì)根據(jù)手的位置同步移動(dòng),沒(méi)有傳統(tǒng)手勢(shì)控制中看著屏幕尋找觸控點(diǎn)位的需要。而且使用者能夠通過(guò)觸摸獲得具體信息,手部可以真實(shí)感受到按鈕的按鍵力、觸摸到平面的質(zhì)感,對(duì)操作效果的判斷會(huì)有實(shí)在的觸覺(jué)反饋。
圖4 捷豹路虎車(chē)手勢(shì)反饋觸控
2.3德?tīng)柛J謩?shì)控制系統(tǒng)
德?tīng)柛@霉怙w時(shí)間(ToF)原理,開(kāi)發(fā)了自己的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng),如圖5所示,德?tīng)柛⒓t外線(xiàn)攝像頭安裝在車(chē)輛頂部的一個(gè)罩襯之內(nèi)(通常用來(lái)放太陽(yáng)鏡),能夠檢測(cè)出中央扶手、換擋桿到中控屏幕這個(gè)范圍之內(nèi)(也就是在腰部到肩部之間的位置)的手勢(shì)動(dòng)作。如圖6所示,德?tīng)柛?duì)這套手勢(shì)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)了以下動(dòng)作(攝像頭位于上方,從上往下看),駕駛?cè)俗谲?chē)中,只需通過(guò)簡(jiǎn)單的手、臂動(dòng)作,就能完成對(duì)車(chē)內(nèi)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。
圖5 德?tīng)柛J謩?shì)控制實(shí)現(xiàn)原理
圖6 德?tīng)柛?duì)手勢(shì)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的動(dòng)作
(1)手掌張開(kāi)向右揮動(dòng):掛斷電話(huà)或者取消操作。
(2)單指前后移動(dòng):接聽(tīng)電話(huà)、選擇或確定提示。
(3)兩根手指不動(dòng)(V形手勢(shì)):暫停/播放音樂(lè)、自定義操作。
(4)一根手指順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng):增大音量、縮小導(dǎo)航地圖。
(5)一根手指逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng):減小音量、放大導(dǎo)航地圖。
(6)五指收攏成圈,向右移動(dòng):下一曲,回到主菜單。
(7)五指收攏成圈,向左移動(dòng):上一曲,回到主菜單。
整套動(dòng)作簡(jiǎn)單流暢,形同捕風(fēng),根本無(wú)需動(dòng)用駕駛?cè)说难劬?,也并不?huì)分散駕駛?cè)说淖⒁饬?,駕駛?cè)丝梢詫?zhuān)注于駕駛以提升行車(chē)安全。汽車(chē)制造商在實(shí)際配置時(shí),可以直接使用定義好的手勢(shì),也可根據(jù)不同市場(chǎng)的文化與習(xí)慣進(jìn)行修改或新增。
德?tīng)柛T诜ㄌm克福車(chē)展上推出的手勢(shì)控制技術(shù)在舊有手勢(shì)控制的基礎(chǔ)上作了多項(xiàng)改進(jìn),其將語(yǔ)音識(shí)別、眼神控制、手勢(shì)控制和觸摸等多種模式整合在一起,為駕駛?cè)颂峁┝艘徽锥喙δ芙换ソ鉀Q方案。
2.4微軟專(zhuān)為汽車(chē)環(huán)境設(shè)計(jì)的手勢(shì)控制專(zhuān)利
微軟作為互聯(lián)網(wǎng)巨頭,在車(chē)載系統(tǒng)的手勢(shì)控制上也有自己的思考,而實(shí)現(xiàn)這一切的僅僅是一個(gè)攝像頭。在微軟申請(qǐng)的一項(xiàng)專(zhuān)利中,由三位研究人員搭建了汽車(chē)娛樂(lè)信息系統(tǒng)的手勢(shì)控制系統(tǒng),但這些控制動(dòng)作和常見(jiàn)的抬手、滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)完全不同,其手勢(shì)控制動(dòng)作更加具象化。如圖7所示,食指抵住嘴唇表示調(diào)低手機(jī)外放音量,手張成喇叭狀表示使用手機(jī)撥打電話(huà),類(lèi)似思考著的攥下巴動(dòng)作則表示“我想檢索信息”,而點(diǎn)贊動(dòng)作代表“同意”操作。使用該系統(tǒng)時(shí),需要把智能手機(jī)放在儀表盤(pán)上方,用手機(jī)的內(nèi)置攝像頭來(lái)捕捉車(chē)內(nèi)人的手勢(shì)和體態(tài)動(dòng)作,而背后支持這項(xiàng)功能的則是圖像識(shí)別技術(shù)。在軟件層面,三位研究人員對(duì)系統(tǒng)的設(shè)定是手勢(shì)控制搭配語(yǔ)音識(shí)別一起使用,后者在車(chē)內(nèi)人機(jī)交互中更為常見(jiàn)。微軟在與豐田合作的Smart Insect概念車(chē)中已經(jīng)通過(guò)車(chē)內(nèi)前裝攝像頭實(shí)現(xiàn)了前裝版本的手勢(shì)控制功能。所有手勢(shì)恢復(fù)了常規(guī)的抬起落下,多數(shù)用來(lái)操作車(chē)內(nèi)的二級(jí)控制功能,例如娛樂(lè)信息系統(tǒng)、導(dǎo)航或撥打與車(chē)機(jī)連接的手機(jī)等。
圖7 微軟為汽車(chē)環(huán)境設(shè)計(jì)的手勢(shì)控制專(zhuān)利舉例
2.5谷歌手勢(shì)控制
作為無(wú)人駕駛汽車(chē)的先驅(qū)者,谷歌在手勢(shì)控制技術(shù)方面研究頗深,乘客可以利用手勢(shì)向車(chē)載計(jì)算機(jī)發(fā)出與行車(chē)方向相關(guān)的命令,不過(guò)谷歌也表示,在目前,仍需要駕駛?cè)藖?lái)控制轉(zhuǎn)向盤(pán)的時(shí)代,手勢(shì)識(shí)別將會(huì)是最有用的。在谷歌列出的可以通過(guò)手勢(shì)控制的功能清單(圖8)中,包括地點(diǎn)導(dǎo)航、調(diào)整車(chē)內(nèi)溫度、調(diào)整車(chē)載音樂(lè)音量、選擇歌曲、調(diào)整座椅位置及改變巡行控制系統(tǒng)的速度等。駕駛?cè)丝稍谝欢▍^(qū)域(如轉(zhuǎn)向盤(pán)、空調(diào)出風(fēng)口等)內(nèi)進(jìn)行手勢(shì)操作,另外,車(chē)內(nèi)乘客也可以通過(guò)手、胳膊、腿部和頭部等部位做出任何手勢(shì)控制。在窗戶(hù)附近的區(qū)域內(nèi)做出掃手的動(dòng)作,機(jī)動(dòng)車(chē)會(huì)確定動(dòng)作幅度,進(jìn)而根據(jù)手勢(shì)幅度決定車(chē)窗打開(kāi)的程度;在轉(zhuǎn)向盤(pán)附近打響指就可開(kāi)啟刮水器或是指示燈;在汽車(chē)儀表盤(pán)前扭動(dòng)手腕就可以打開(kāi)空調(diào)或收音機(jī);手指向天窗,天窗就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。
圖8 谷歌手勢(shì)控制
2.6福特手勢(shì)控制系統(tǒng)
福特手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)中,用攝像機(jī)獲取信息識(shí)別用戶(hù)的指令后,用戶(hù)可拉取1根虛擬的線(xiàn)或是利用手勢(shì)控制風(fēng)窗玻璃上的平視顯示器來(lái)打開(kāi)天窗,通過(guò)拇指朝上或朝下動(dòng)作來(lái)確認(rèn)手勢(shì)指令。另外,一旦汽車(chē)識(shí)別駕駛?cè)耸謩?shì),一整套個(gè)性化功能就會(huì)成為駕駛?cè)说念A(yù)設(shè)裝置,比如自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)溫度,當(dāng)車(chē)內(nèi)坐滿(mǎn)時(shí),駕駛?cè)伺赃叺拇皯?hù)會(huì)自動(dòng)半開(kāi)。利用駕駛?cè)饲胺降臄z像頭對(duì)駕駛位的人臉掃描,判斷是否為認(rèn)證駕駛?cè)耍袥](méi)有啟動(dòng)車(chē)載系統(tǒng)的權(quán)限。陌生人在做出進(jìn)一步操作時(shí),車(chē)主手機(jī)會(huì)收到車(chē)內(nèi)人的正面圖片,可以在手機(jī)端授權(quán)。已經(jīng)獲得認(rèn)證的駕駛?cè)顺丝梢蚤_(kāi)啟車(chē)機(jī)系統(tǒng)等一系列功能外,還可以調(diào)用系統(tǒng)中保存的個(gè)性化設(shè)置。
2.7大陸手勢(shì)控制技術(shù)
德國(guó)大陸集團(tuán)正在研發(fā)智能紅外線(xiàn)技術(shù)——“紅外線(xiàn)簾幕”,以便未來(lái)將控制設(shè)計(jì)應(yīng)用在面向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的車(chē)型上。如圖9所示,紅外觸摸屏的觸摸檢測(cè)部件位于屏幕外部的電路板外框,上面對(duì)向排列著紅外發(fā)射管和接收管。當(dāng)縱向排布足夠密的平行光束后,就在屏幕上方形成了“紅外簾幕”。單排LED足以用于單個(gè)手指操作,使用觸控屏幕時(shí),手指便擋住了所在點(diǎn)位的紅外光線(xiàn),接收管感應(yīng)到光線(xiàn)阻礙后,識(shí)別手指位置并反映為電信號(hào)。控制器將前者采集的電信號(hào)變化經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量的變化,通過(guò)分析和算法處理,得出觸摸點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。大陸集團(tuán)顯示技術(shù)研發(fā)人員表示,可以將車(chē)內(nèi)的任何表面變成用戶(hù)界面,識(shí)別多點(diǎn)觸控手勢(shì),比如拖動(dòng)、縮放等。大陸集團(tuán)的觸控紅外屏使用了X、Y橫縱軸發(fā)射紅外線(xiàn)的方式,比單點(diǎn)觸控紅外屏增加垂直軸。二維紅外光束連接起來(lái),在整個(gè)屏幕上方形成紅外柵格。當(dāng)多手指操作時(shí),觸摸點(diǎn)就解碼為多個(gè)坐標(biāo)傳送給控制器處理,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的功能。有了這項(xiàng)技術(shù),整個(gè)人機(jī)交互過(guò)程可以識(shí)別類(lèi)似縮放等動(dòng)作。在選擇菜單上移動(dòng)更加容易,改變地圖上的選項(xiàng)也會(huì)更方便。
圖9 德國(guó)大陸集團(tuán)智能紅外線(xiàn)技術(shù)——“紅外線(xiàn)簾幕”
2.8偉世通Horizon概念座艙技術(shù)
作為全球知名的汽車(chē)零部件供應(yīng)商,偉世通也發(fā)布了一款概念座艙設(shè)計(jì),展示了3D手勢(shì)控制對(duì)于汽車(chē)內(nèi)環(huán)境的影響。Horizon座艙(圖10)概念通過(guò)融合3項(xiàng)新興技術(shù),改變駕駛?cè)藢?duì)于車(chē)內(nèi)溫度、音響及導(dǎo)航等功能的控制方式。
(1)手勢(shì)控制。Horizon座艙利用先進(jìn)的攝像系統(tǒng)通過(guò)拍下用戶(hù)的手部動(dòng)作,虛擬手形復(fù)制在中控面板上,由此,置身于Horizon座艙內(nèi)的駕駛?cè)酥恍枰苿?dòng)手部甚至是手指,而無(wú)需接觸儀表盤(pán),就可輕松操作特定的車(chē)輛控制裝置,例如,用一只手做出旋轉(zhuǎn)動(dòng)作就可調(diào)節(jié)收音機(jī)的音量。
(2)虛擬觸摸屏技術(shù)。通過(guò)搭載壓敏型觸控板,駕駛?cè)藷o(wú)需真正觸碰到中控面板上的控制裝置就可實(shí)現(xiàn)操作。觸摸屏可通過(guò)識(shí)別對(duì)其施加的壓強(qiáng)大小提高其響應(yīng)性。同時(shí),該觸摸屏可加載于任何軟質(zhì)材料(諸如真皮或布料)中實(shí)現(xiàn)操作,最大程度地實(shí)現(xiàn)組裝的靈活性。
圖10 偉世通Horizon概念座艙技術(shù)
(3)雙層顯示屏。信息通過(guò)高分辨率圖像顯示在2個(gè)獨(dú)立但重疊的顯示屏面上,并重點(diǎn)顯示駕駛?cè)苏诓倏氐哪切┬畔ⅰq{駛?cè)怂坪蹩梢浴按┰健钡?個(gè)顯示屏上的圖像,立即觀察到第2個(gè)顯示屏所顯示的內(nèi)容。
偉世通利用其在人機(jī)交互(HMI)領(lǐng)域的專(zhuān)長(zhǎng)將這些技術(shù)融為一體,為駕駛?cè)舜蛟斐霆?dú)一無(wú)二的駕駛環(huán)境。
2.9隔空手勢(shì)喚醒
圖11 隔空手勢(shì)喚醒
目前,大多數(shù)的車(chē)載觸屏在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)操作情況下會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài),而如果要喚醒顯示屏則需要觸摸顯示屏,而現(xiàn)在則無(wú)需直接接觸,僅需要將手或手指放置在觸摸屏附近便可喚醒觸摸屏,比如凱迪拉克旗下的科爾維車(chē)所配備的觸摸屏就支持此類(lèi)附近喚醒觸摸屏技術(shù)。另外,各大汽車(chē)零部件公司都在研究開(kāi)發(fā)提高附近喚醒觸摸屏技術(shù)的喚醒距離限制。其中,Cypress半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)的CapSense觸摸屏傳感器探測(cè)距離可達(dá)到0.3 m,通過(guò)采用CapSense觸摸屏,駕駛?cè)吮憧梢酝ㄟ^(guò)手勢(shì)向上、向下甚至翻頁(yè)控制中控顯示系統(tǒng),而無(wú)需分心。
2.10手勢(shì)調(diào)整座椅
駕駛?cè)嗣看紊宪?chē)時(shí)都需要不斷地調(diào)整座椅的前后和方向,非常麻煩。Fraunhofer Institute研究所開(kāi)發(fā)的名叫SILicate Research ISC的座椅(圖12),其側(cè)面并沒(méi)有常見(jiàn)的按鈕和調(diào)節(jié)桿,無(wú)法通過(guò)手動(dòng)控制。相反,在座椅的下面隱藏了一系列的傳感器,可以檢測(cè)出上面是否坐人以及駕駛?cè)说氖謩?shì)。當(dāng)需要開(kāi)始調(diào)整時(shí),駕駛?cè)酥恍鑼⑹址诺教囟ǖ膮^(qū)域激活系統(tǒng),能夠用手勢(shì)來(lái)控制座椅,只要手簡(jiǎn)單地在上面滑動(dòng),即可像操作智能手機(jī)一樣操作汽車(chē)座椅。無(wú)論是想要將座位向前或向后、調(diào)整角度或者增高或降低對(duì)腿部的支持,駕駛?cè)酥恍枰谧蔚膫?cè)面用手勢(shì)進(jìn)行控制即可,且一旦座椅調(diào)整完畢,各種角度和位置的參數(shù)會(huì)被保存到座椅中,這樣即便是多位駕駛?cè)笋{駛同一輛車(chē),也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的觸控切換成自己最喜歡的角度位置。
圖12 手勢(shì)調(diào)整座椅
雖然手勢(shì)控制被許多汽車(chē)廠(chǎng)商和科技公司所看好,但是目前還存在許多問(wèn)題。比如,一旦手勢(shì)控制效果不理想,就會(huì)讓駕駛?cè)烁臃中?,從而增加造成事故的概率;如果關(guān)聯(lián)操作對(duì)于車(chē)內(nèi)距離的判斷不夠準(zhǔn)確,也會(huì)導(dǎo)致控制目標(biāo)的判斷錯(cuò)誤,譬如是只想把音量調(diào)低幾格,卻不小心打開(kāi)了刮水器;同一目標(biāo)物的不同指令動(dòng)作間需要建立明顯區(qū)隔,起止動(dòng)作的設(shè)置也存在復(fù)雜的邏輯關(guān)系。因此,未來(lái)想要讓手勢(shì)控制技術(shù)在更多的車(chē)型上普及,似乎還需要提高精度及平滑度,真正實(shí)現(xiàn)讓駕駛?cè)烁踩?、更方便開(kāi)車(chē)的目的。
(2016-03-10)