以先进光电器件重新定义汽车HMI

时间： 2019-06-27 来源：选车网

技术问答

众所周知，驾驶员使用HMI的时间段越长、越专注，就越会影响驾驶员对车的控制。如果仪表台布满了不同的开关和按键，又没有良好的组织结构，那么驾驶员在试图操作不同的系统时便会出现犹豫。同样，这种设计也会使车辆内部失去视觉美感。创新的光电器件为实现多模式HMI系统提供了可能，其中的光线检测可以用来对触摸控制元件进行补充。然而，这种方法也有相关的技术挑战需要克服。

为了确保工作的完整性，在将HMI设备的无触摸器件所使用的图像传感技术运用到汽车环境的过程中，需要满足以下特点。首先，它必须具备强日光鲁棒性，否则不同亮度的仪表盘背景光以及亮度变化会被传感器捕捉。此外，它必须拥有足够的抗电磁干扰（EMI）能力，紧凑性、集成美感和性价比等因素也都需要充分考虑。

通过对目标的反射光进行分析，HMI可以对各种手势（例如左右或上下挥动）进行识别，并随后做出反应。因此，HMI可以完成很多任务，同时将认知和视觉注意力分散保持在最低限度，因为其不存在触控带来的不便。这带来了一种巧妙的、使座舱更加美观的方法。这种无触摸输入界面可以集成所有功能，也可以与其他按键、触摸屏和语音输入系统谐同工作，增加了设计的自由度。

除此之外，3D传感技术正的应用成为汽车工程师非常感兴趣的一种做法，并有可能对车载HMI的发展起到重要作用。光飞行时间（ToF）技术已表明，其本身是收集用户手位置的3D成像数据，从而实现相对复杂手势识别的一种非常有效的方法。在ToF检测系统中，发射器投射出一束红外光束，该光束在遇到场景中的任何对象时，都会被反射回传感器。随后传感器将反射信号与参考信号进行比较，确定对象穿过该路径所产生的相移。由此可以精确计算出对象的距离，并创建详细的3D图像。在汽车应用中，通过对驾驶员头部和身体位置进行采集，并将信息反馈到车辆的驾驶员辅助设备，从而判断驾驶员此刻的意识状态，从而对可能出现的危险做出反应。

虽然ToF技术已经被应用到体感电子游戏中，但这种应用与将ToF技术整合到汽车中有非常大的不同。汽车在开放道路中行驶，因而日光变化的影响必须予以考虑。然而，通过引入支持高动态范围（HDR）工作的高像素图像传感器可以在一定程度上规避这些干扰。

无触摸HMI设备对基于触摸的控制模式形成有力补充，迈来芯（MELEXIS）公司利用专业的光电技术和汽车应用经验，在无触摸HMI研发方面取得了重大突破。MLX75030和MLX75031 Active Light IC传感器能够实现精确的接近和手势检测，同时具有必要的日光鲁棒性，这要归功于专有的集成环境光抑制技术。这两款IC分别具有4个独立的、可同时运行的光测量通道（2个负责处理环境光，另外2个则负责通过数个光电二极管检测来自目标对象的有源光反射）。除了环境光抑制技术，MLX7503x集成的温度传感器可用来补偿温度对环境光通道的影响。关于有源光和环境光程度的数字数据，是通过嵌入到每个IC中的16位数据转换器产生的。数据被传送到微控制器单元（MCU）进行处理。随后，MCU采用复杂的算法来区分不同手势。

非接触控制系统中的MLX7503x IC通过红外光束回波感知操作人员的手势指令驾驶员/乘客区分功能是指，那些被认为会严重影响驾驶员注意力的信息娱乐选项只能由乘客进行操作。

Melexis正在帮助将ToF技术迁移到汽车行业中，并已经开发出灵敏度高（使数据捕获的景深精度达到1～2%）的多像素HDR图像传感器件。Melexis开发的MLX75023 QVGA高分辨率ToF传感器具有600 fps的原始帧速率。它具有800～900 nm的光谱响应范围，结合调制红外线发射器，可提供详细的实时3D成像数据。MLX75023的每个像素可以接收高达120 kLux的入射背景光，因此它可以应对各种复杂的光学环境变化。

由于对光学环境变化和EMI影响的适应能力强，Melexis开发的产品可以为汽车应用提供基于丰富光学技术的HMI设备。这些操作简便、几乎不会造成驾驶员分心的HMI设备可兼容多种非接触的控制方式，从而最大限度地保障驾乘员（及其他道路使用者）的人身安全。

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鹏鹏 Lv7. 资深专家 2019-06-27

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冷若冰 Lv7. 资深专家 2017-10-09

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