市場上不存在某種全功能的傳感器技術(shù),但傳感器供應(yīng)商追求的產(chǎn)品領(lǐng)域特別相似:智能音響和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(包括智能手表/智能手機(jī),AR/VR頭盔)。
他們希望實(shí)現(xiàn)新的人機(jī)接口形式-不用觸摸的微手勢和存在檢測(presence detection)。
最近在傳感器領(lǐng)域中的一個(gè)突破是出現(xiàn)了非常微型的超聲波傳感器和雷達(dá)芯片。這些產(chǎn)品的成本與紅外等產(chǎn)品相比仍然是個(gè)大問題。但這種微型雷達(dá)和超聲波傳感器已經(jīng)小到足以安裝進(jìn)消費(fèi)類電子設(shè)備內(nèi),因而能以全新的方式實(shí)現(xiàn)用戶與智能設(shè)備的交互。
比如英飛凌就在全球移動大會上宣布了與XMOS的合作伙伴關(guān)系。這家德國芯片公司承諾,英飛凌的雷達(dá)和麥克風(fēng)傳感器與XMOS的音頻處理器的強(qiáng)強(qiáng)組合將實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)場語音捕獲”,并且利用雷達(dá)的波束成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)“存在檢測”。
位于加州伯克利的新創(chuàng)企業(yè)Chirp Microsystems公司首席執(zhí)行官也來到巴塞羅納展示該公司開發(fā)的單芯片超聲波飛行時(shí)間(ToF)傳感器,除了智能手機(jī)外,這種傳感器還可以用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)和可穿戴設(shè)備,甚至汽車。
位于挪威奧斯陸的Elliptic Labs公司展示了用于智能音響(如Google home, Amazon Echo)和其它家庭設(shè)備的超聲波存在檢測技術(shù)。Elliptic Labs產(chǎn)品開發(fā)副總裁Guenael Strutt告訴我們,“存在檢測現(xiàn)在可是家庭智能助手設(shè)計(jì)師的香餑餑”。為了替換CMOS照相機(jī)或紅外技術(shù),“智能揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)師們正在尋找替代性傳感器技術(shù)來讓他們的設(shè)備知道‘沒人在家’”,他解釋道。
雖然剛才提到的三家公司都在探索相似的產(chǎn)品領(lǐng)域,但每家的技術(shù)定位稍有不同。
語音捕獲
在MWC 2017特別吵鬧的展廳中,英飛凌公司電源管理與多市場事業(yè)部總裁Andreas Urschitz找到了一個(gè)完美的場地演示目前的iPhone嚴(yán)重缺失的功能:分離Siri需要聽到的特定人物語音的能力。
每當(dāng)Urschitz在英飛凌的展臺處問他的iPhone“現(xiàn)在是幾點(diǎn)”時(shí),Siri總是回答,“我不知道你在說什么。”
我們都知道,智能麥克風(fēng)將眾多單個(gè)麥克風(fēng)通過波束成型技術(shù)鏈接在一起。這應(yīng)該是復(fù)雜的三角函數(shù)用武之地,正是它們將各個(gè)麥克風(fēng)連接成具有高度方向性的波束,從而可以對準(zhǔn)當(dāng)前的說話者。
現(xiàn)在英飛凌表示,英飛凌的雷達(dá)和XMOS的波束成型器組合可以走的更遠(yuǎn),可以將麥克風(fēng)“精確地導(dǎo)向特定物體,即使在物體移動和有一般噪聲的場合?!?/span>
“系統(tǒng)可以在30英尺開外分辨出你的語音?!?nbsp;Urschitz表示。在圖1中所示演示裝置中使用的有用作傳感器集中控制器的XMOS音頻處理器,形成波束的英飛凌MEMS麥克風(fēng)(4個(gè)麥克風(fēng)),附帶天線的英飛凌60GHz 2Tx/4Rx雷達(dá)芯片,以及有助于克服這些障礙的一個(gè)70dB SNR麥克風(fēng)。
圖1 傳感器融合加上XMOS的音頻處理器可以為語音識別提供新的構(gòu)建模塊
當(dāng)被問到增加這種雷達(dá)/麥克風(fēng)/傳感器融合處理器配置需要多少成本時(shí),Urschitz沒有透露任何信息。但他解釋,“每個(gè)革命性的技術(shù)(就像藍(lán)牙和WiFi一樣)都會經(jīng)歷相同的過程。”他相信很快會到集成成本變得合理的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。
理解微手勢
采用英飛凌/XMOS的雷達(dá)/麥克風(fēng)解決方案的首個(gè)明擺著的產(chǎn)品最可能是家庭中的智能音響。
然而,語音捕獲并不是英飛凌推廣其雷達(dá)芯片的唯一應(yīng)用空間。通過與谷歌在Soli項(xiàng)目上的合作,英飛凌希望能給雷達(dá)芯片帶來更為廣泛的應(yīng)用前景,范圍從可穿戴設(shè)備到智能音響和AR/VR。
谷歌的Soli項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用雷達(dá)實(shí)現(xiàn)新的無觸摸交互體驗(yàn)。
正如谷歌的先進(jìn)技術(shù)與項(xiàng)目(ATAP)組解釋的那樣,Soli傳感器技術(shù)“通過發(fā)射寬束電磁波工作”。
波束照射范圍內(nèi)的物體在散射這一能量的同時(shí),會將一部分能量反射回雷達(dá)天線。這種反射信號的屬性,比如能量、時(shí)延和頻移,可以反映有關(guān)物體特征和動力學(xué)的豐富信息,包括尺寸、形狀、方向、材料、距離和速度等。
Urschitz表示:“雷達(dá)掃描你的臉部和整個(gè)身體(包括大小、位置、速度和角度)只需零點(diǎn)幾秒的時(shí)間。”在他看來,與包括光學(xué)、超聲波和紅外在內(nèi)的各種傳感器相比,公司的雷達(dá)芯片可以輕松打敗競爭對手,因?yàn)樗麄兊睦走_(dá)芯片具有實(shí)時(shí)掃描功能,不存在延時(shí)。這種雷達(dá)技術(shù)“超級棒”,他指出,同時(shí)可以提供“比超聲波更高的分辨率”。
想像一個(gè)用戶在房間里走動(離智能音響有幾英尺的距離),如果想減小音量——只需用他或她的手指旋轉(zhuǎn)看不見的旋鈕即可。這種雷達(dá)系統(tǒng)可以識別微小的手指運(yùn)動,Urschitz解釋道。
圖2 Andreas Urschitz展示如何使用雷達(dá)芯片檢測他的手指作出的減小音量的微手勢
想必雷達(dá)芯片可以復(fù)制光學(xué)傳感器的能力------檢測移動和捕捉手勢,還能檢測像手指移動這樣的微手勢。
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