雷達、超聲波等先進(jìn)傳感器將進(jìn)入尋常百姓家

　　前不久在巴塞羅納舉行的世界移動(dòng)通信大會(huì )(MWC 2017)上展示的新一代傳感器和傳感器融合技術(shù)，反映了各家技術(shù)公司在創(chuàng )建觸摸以外的新的人機接口(HMI)方面存在著(zhù)激烈的競爭。

　　市場(chǎng)上不存在某種全功能的傳感器技術(shù)，但傳感器供應商追求的產(chǎn)品領(lǐng)域特別相似：智能音響和物聯(lián)網(wǎng)設備(包括智能手表/智能手機，AR/VR頭盔)。

　　他們希望實(shí)現新的人機接口形式-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)突破是出現了非常微型的超聲波傳感器和雷達芯片。這些產(chǎn)品的成本與紅外等產(chǎn)品相比仍然是個(gè)大問(wèn)題。但這種微型雷達和超聲波傳感器已經(jīng)小到足以安裝進(jìn)消費類(lèi)電子設備內，因而能以全新的方式實(shí)現用戶(hù)與智能設備的交互。

　　比如英飛凌就在全球移動(dòng)大會(huì )上宣布了與XMOS的合作伙伴關(guān)系。這家德國芯片公司承諾，英飛凌的雷達和麥克風(fēng)傳感器與XMOS的音頻處理器的強強組合將實(shí)現“遠場(chǎng)語(yǔ)音捕獲”，并且利用雷達的波束成型技術(shù)實(shí)現“存在檢測”。

　　位于加州伯克利的新創(chuàng )企業(yè)Chirp Microsystems公司首席執行官也來(lái)到巴塞羅納展示該公司開(kāi)發(fā)的單芯片超聲波飛行時(shí)間(ToF)傳感器，除了智能手機外，這種傳感器還可以用于增強現實(shí)/虛擬現實(shí)和可穿戴設備，甚至汽車(chē)。

　　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)和其它家庭設備的超聲波存在檢測技術(shù)。Elliptic Labs產(chǎn)品開(kāi)發(fā)副總裁Guenael Strutt告訴我們，“存在檢測現在可是家庭智能助手設計師的香餑餑”。為了替換CMOS照相機或紅外技術(shù)，“智能揚聲器的設計師們正在尋找替代性傳感器技術(shù)來(lái)讓他們的設備知道‘沒(méi)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(yǔ)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(chǎng)事業(yè)部總裁Andreas Urschitz找到了一個(gè)完美的場(chǎng)地演示目前的iPhone嚴重缺失的功能：分離Siri需要聽(tīng)到的特定人物語(yǔ)音的能力。

　　每當Urschitz在英飛凌的展臺處問(wèn)他的iPhone“現在是幾點(diǎn)”時(shí)，Siri總是回答，“我不知道你在說(shuō)什么?！?/p>

　　我們都知道，智能麥克風(fēng)將眾多單個(gè)麥克風(fēng)通過(guò)波束成型技術(shù)鏈接在一起。這應該是復雜的三角函數用武之地，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，從而可以對準當前的說(shuō)話(huà)者。

　　現在英飛凌表示，英飛凌的雷達和XMOS的波束成型器組合可以走的更遠，可以將麥克風(fēng)“精確地導向特定物體，即使在物體移動(dòng)和有一般噪聲的場(chǎng)合?！?/p>

　　“系統可以在30英尺開(kāi)外分辨出你的語(yǔ)音?！?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(xiàn)的英飛凌60GHz 2Tx/4Rx雷達芯片，以及有助于克服這些障礙的一個(gè)70dB SNR麥克風(fēng)。

　　圖1：英飛凌雷達和MEMS麥克風(fēng)的傳感器融合加上XMOS的音頻處理器可以為語(yǔ)音識別提供新的構建模塊。(來(lái)源：EE Times)

　　當被問(wèn)到增加這種雷達/麥克風(fēng)/傳感器融合處理器配置需要多少成本時(shí)，Urschitz沒(méi)有透露任何信息。但他解釋?zhuān)懊總€(gè)革命性的技術(shù)(就像藍牙和WiFi一樣)都會(huì )經(jīng)歷相同的過(guò)程?！彼嘈藕芸鞎?huì )到集成成本變得合理的“轉折點(diǎn)”。

　　理解微手勢

　　采用英飛凌/XMOS的雷達/麥克風(fēng)解決方案的首個(gè)明擺著(zhù)的產(chǎn)品最可能是家庭中的智能音響。

　　然而，語(yǔ)音捕獲并不是英飛凌推廣其雷達芯片的唯一應用空間。通過(guò)與谷歌在Soli項目上的合作，英飛凌希望能給雷達芯片帶來(lái)更為廣泛的應用前景，范圍從可穿戴設備到智能音響和AR/VR。

　　谷歌的Soli項目設計使用雷達實(shí)現新的無(wú)觸摸交互體驗。

　　正如谷歌的先進(jìn)技術(shù)與項目(ATAP)組解釋的那樣，Soli傳感器技術(shù)“通過(guò)發(fā)射寬束電磁波工作”。

　　波束照射范圍內的物體在散射這一能量的同時(shí)，會(huì )將一部分能量反射回雷達天線(xiàn)。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(dòng)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?！痹谒磥?lái)，與包括光學(xué)、超聲波和紅外在內的各種傳感器相比，公司的雷達芯片可以輕松打敗競爭對手，因為他們的雷達芯片具有實(shí)時(shí)掃描功能，不存在延時(shí)。這種雷達技術(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(hù)在房間里走動(dòng)(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看不見(jiàn)的旋鈕即可。這種雷達系統可以識別微小的手指運動(dòng)，Urschitz解釋道。

　　圖2：英飛凌公司電源管理與跨市場(chǎng)事業(yè)總裁Andreas Urschitz展示如何使用英飛凌的雷達芯片檢測他的手指作出的減小音量的微手勢。(來(lái)源：EE Times)

　　想必雷達芯片可以復制光學(xué)傳感器的能力------檢測移動(dòng)和捕捉手勢，還能檢測像手指移動(dòng)這樣的微手勢。