无触摸手势识别技术简析

时间： 2019-07-29 来源：世强作者：Zake

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通过用户界面的增强与智能设计，人机交互在过去的十年发展的非常迅速。其中许多的变化都是围绕手机市场在高精度、低功耗的电容触摸屏上的应用。目前，由于人机接口技术及设计的发展，红外接近检测将会在下一代人机接口中迎来以无触摸手势识别的创新。

传统的红外接近检测系统由光检测器与光斩波器组成，分别基于动作或中断来触发。这些传统的检测方案广泛地应该在自动门、厕所冲水系统，由于传感器的尺寸、功耗及可配置性，这些应用有一定的局限性。更先进的接近检测可以提供非常出色的特性并有望提高消费电子与工业产品。下一代红外传感器如SILICON LABS的Si114x 无触摸传感器IC家族不仅仅比传统的产品尺寸小、功耗低，并且还可以驱动多个红外发光二极管(LED)，因此能够在多个方向实现先进的手势识别。

从一个到多个LED系统解决方案

单个LED驱动接近检测已经在触屏手机上使用多年，代表了最大量的接近传感器市场。但他们的使用并不是没有问题。例如，在通话中人脸接触到触屏时，接近传感器会用来禁止手机触屏功能。一份搜索网站显示许多的终端用户对他们的手机接近传感器不满意。在通话中，由于错误的接近检测造成意外的静音、启动会议电话、挂断等非常频繁。

为什么看起来简单的接近检测系统故障如此频繁？由于传感器的设计和可配置性以及机械特性。许多红外接近传感器仅仅只是在接收信号时输出原始数据的哑吧传感器。没有集成任何可以帮助从实际信号中区别系统噪声的智能模块，在含有高红外线的环境中使用就会有问题，例如太阳光或白织灯的房间等。此外，由于工业设计在现代电子中发挥着重要作用，这些接近检测不适合在限制可见光而允许红外光通过的遮挡物下操作。

最新的接近传感器，如Silicon Labs的Si114x系列，克服了那些接近检测操作的缺点。Si114x先进的架构如图1所示。多个高灵敏度的光敏二极管加上高精度的ADC，一次测量只需要红外LED的25.6ms的导通时间。这么短的LED导通时间使得传感器可以去检测并补偿环境中的红外光强度，并更好的从实际接近检测中区分出来。

快速测量还有一个好处就是可以减少整个系统的功耗。红外LED是接近检测系统中功耗最大的部分。极小的LED的导通时间以减少整个系统的功耗。带有15级动态LED驱动电流设置，LED的驱动电流调节是基于环境中的红外光强度，以便节省系统功能及设计更低功耗的系统。LED也不再需要工作在大电流下。高灵敏度的光敏二极管也使得传感器可以在非常暗的环境下操作，如电子设备能够在人眼看不见的地方进行清洗，磨光等工作。

三个LED，成倍创新

由于单个LED接近检测系统正驾驭目前的市场，将来会朝着多个LED接近检测这个唯一的创新发展。2个LED红外系统能够在滑动与选择等手势上使用，例如：电子书翻页、家庭音响设备音量调节或PC机的页面滚动等。3个LED接近检测系统可以使用在3D位置计算与多方向手势识别。这些3个LED的系统可以用作无触摸UI导航，如在绘图的应该中，图标或照片的选择，放大与缩小，甚至在游戏上的控制。2个LED与3个LED其它的一些接近检测应用仅仅只是局限于设计者的想像力。就像电容触屏在用户接口上开辟了一个新纪元一样，无触摸手势识别技术将同样会改变终端用户怎样与电子产品进行交互。2个LED与3个LED红外接近检测解决方案在无触摸手势应用中是非常理想。

无触摸的好处：健康、安全、方便

无触摸交互为什么可以被广泛应用？为什么可以去掉按键与触摸屏？红外系统不打算替代已经存在的系统，但可以增加用户的体验。提高集成度与小型化电子产品的转变方向。不再需要使用电脑在家或在办公室学习。现在人们带着他们的智能手机、个人媒体播放器、电子书与笔记本到处旅行。

咖啡店、旅馆、健身房、汽车站、终端屏幕其至厕所等，这些都是新一代嵌入式电子的使用环境。在这些不同的操作环境中，用户的手可能是不空闲的、脏的、流汗的、有食物在手上的，所有的这些都不适合触摸操作。如用户在健身房边跑步边读电子书想要翻页时，在电子书上滑动手势比物理接触屏幕或按下一个小的按键会更容易。

要控制一个设备，不一定要接触它。例如：无触摸交互可以让驾驶员更安全的开始与结束通话，或挥动一下就可以调节音量，而不一定要通过复杂的面板来找到控制按钮。不是所有的设备都需要一个带触摸屏的复杂图形显示界面，像这样的设备，无触摸交互能够提供创新与差异化的接近操作。

多个LED接近系统可以基于用户的接近来改变系统的操作。例如：机顶盒与空调的面板显示平时关闭，通过检测是否有人进入到某一个距离之内才开始显示，这样更节省功耗。电视也可以通过基本的手势来实现开机与关机。公共场所的小尺寸的广告牌能够基于是否有人靠近或离开来改变显示的内容，并且可以用过手势识别来与潜在的客户也进行交互。这比使用触摸屏显示的广告更简洁。类似“注意环境”这样的电子设备能够使同类型的智能终端更节能。

结合多个LED接近传感器与MCU，例如Silicon Labs的电容触摸微控制器，灵活的用户接口电容触摸与红外无触摸技术。带触摸的MCU提供处理红外传感器中断的输出的数据处理能力，并可能调节检测时间与手势识别的灵敏度。MCU也可以根据环境光的亮度来给传感器配置一个合适的采样时间，以达到最优的功耗。如图2所示：结合接近传感器与带电容触摸MCU的无接触应用案例。

由于更复杂的2LED与3LED接近传感器的出现，嵌入式开发者将会为无触摸手势识别设计出更新的应用，使电子产品使用更容易、更简洁、更方便。当普通的家庭应用、手持设备、处理平台以及工业界面能够随着手势的挥动而动作，这一天就即将到来。

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全部评论（3）

Tonly Lv6. 高级专家 2020-12-22

这之前买的开发板，挺灵敏的
Tonly Lv6. 高级专家 2021-02-04

不错哦
Tonly Lv6. 高级专家 2020-12-15

传感器功能强大哦

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