汽车信息娱乐系统中的手势控制原理和红外传感器应用

       无论你是高速行驶在公路上还是沿着迷人的海岸线驾驶，都要时刻保持着眼睛看路，手握方向盘的姿势，分散驾驶是不可能的。汽车制造商在功能上也是这么设计的，让司机的眼睛保持在道路上，而不是中控显示器上。

      而最近火热的手势控制技术科保证安全驾驶的同时实现快速的接听电话、切歌、菜单滚动、屏幕缩放、开关天窗、圆顶灯控制等功能。

       市调机构GMI在2018年进行的一项市场研究预测, 汽车手势识别市场规模将从2017年的110万美元增长到2024年的136亿美元。美国和欧洲在2018年至2024年期间的复合年增长率预计都将超过40%。 报告指出, 由于车辆电子系统实现兼容以及机动控制功能得到提升等，各政府推出的安全法规进一步提升了汽车手势识别产品的渗透率。然而，复杂性以及集成成本过高等因素可能会对2017年至2024年的汽车手势识别市场构成挑战。

一、手势控制技术原理

       通过内置的红外LED光发射装置与接受装置，根据光线发射与接受之间的时间差来分析出手势的变化，最终数据传递给车载系统的控制单元，由控制单元调出与识别出的手势相对应的功能。

       每个 IR（红外） 发射器的辐射模式都是高度定向的。当手越过发射器时，应测传感器测得的反射辐射将出现相应的尖峰。当操作者将手从左到右移动时，左（黑色）发射器的信号将在右（绿色）发射器之前增加和减少，反之从右到左运动亦然。

       这个方案旋转90度，可以用于向上、向下手势控制，缩放是通过靠近和远离得到不同的输出。

       传感器将数据发送到微控制器，然后微控制器会分析信号强度随时间的变化，以确定是否作了划动手势，以及怎样的动作。

二、技术分类

       目前手势控制三分天下，分别为光飞时间（Time of Flight）、结构光（Structure Light）和毫米波雷达技术。

       1）光飞时间技术，以大众Golf R Touch为代表：一种通过计算光线的传播时间来测量距离的技术。根据距离的不同来判断出不同手指的具体位置，从而判断出具体的手势，再对应到相应的控制命令之上。

       2）结构光技术：基本原理与ToF技术类似，不同之处在于其采用的是具有点、线或者面等模式图案的光。以英特尔集成式前置实感摄像头为例，其包括了红外激光发射器、红外传感器、色彩传感器以及实感图像处理芯片。

       3）毫米波雷达技术，以谷歌为代表，原理与ToF技术基本相同，但用于测量的介质从光线变成了无线电波。利用内置的毫米波发生器把无线电波（雷达波）发射出去，然后利用接收器接收回波。内置的处理芯片会根据收发之间的时间差实时计算目标的位置数据。

三、技术优势

       行车过程中司机操作无需转移视线即可实现功能操作，可大幅提高行车安全。

四、手势控制技术的应用前景

        作为未来汽车行驶安全的重要保障，智能和体验化时代的到来是不可避免的。宝马和大众在2016年CES展上推出了带有手势识别控制功能的全新信息娱乐交互界面系统。随后，包括保时捷、奔驰、宝马、奥迪、捷豹路虎、林肯在内的6家车企都将手势控制系统，率先应用于旗下的7款豪华车型。

        从市场来看，汽车手势识别技术目前主要由少数传统企业所主导，而其高增长潜力又不断吸引新的参与者，使得竞争加剧。大型企业正专注于收购或投资小型企业，以获得最新技术，进一步站稳脚跟。例如，谷歌收购手势识别初创公司Flutter，高通收购手势识别技术厂商GestureTek的部分业务和研发部门，Facebook旗下虚拟现实头戴设备制造商Oculus收购虚拟现实手势和3D技术创业公司Nimble VR和13th Lab，中茵股份收购以色列手势识别公司EyeSight部分股权等。

       尽管未来手势控制是否会应用于汽车转向、加速、制动及倒车尚不得而知，不过近期概念车的设计对于驾驶座舱内部更加关注，相信这种极具未来感和安全性的汽车技术将在未来得到更广泛的应用。