Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2013
Stephen Evanczuk
EDN
Еще рано окончательно выбрасывать свою мышь или отказываться от тачпада, однако традиционным устройствам человеко-машинного интерфейса (human-machine interface – HMI), основанным на использовании двумерной информации о положении, возможно, скоро придется потесниться, уступив место возле компьютера или смартфона приборам нового поколения. Надвигается волна трехмерных HMI.
HMI основанные на видеокамерах, такие, как Kinect компании Microsoft, уже способны отслеживать движение рук в ближней и средней зоне и могут использоваться в некоторых играх. Появление систем, основанных на анализе изменений электрического поля, обозначило важную тенденцию перехода от простого обнаружения движения к распознаванию последовательностей движений, как определенных жестов.
В этом новом классе HMI движение руки в пределах объема, расположенного над двумерным массивом датчиков, вызывает искажения электрического поля (Рисунки 1 и 2), измеряемые специальным приемным устройством. Использование электрических датчиков вместо видеокамер открывает дорогу к созданию встраиваемых приложений распознавания движений, которые смогут применяться практически во всех отраслях – от автомобильной и аэрокосмической промышленности до бытовой техники.
 |
|
| Рисунок 1. | HMI генерирует электрическое поле и с помощью датчиков фиксирует его возмущения, вызываемые движением проводящего объекта, каковым, в частности, является человеческая рука. |
 |
|
| Рисунок 2. | Этой подсистеме HMI требуется лишь простой массив электродов для генерации относительно низкочастотного электрического поля и измерения его текущего состояния. |
С наиболее впечатляющим образцом этого нового класса устройств в ноябре 2012 года дебютировала компания Microchip Technology, представив микросхему MGC3130 (Рисунок 3), выполняющую полный набор функций распознавания 3-D жестов, основанных на технологии GestIC, перешедшей в собственность Microchip с приобретением компании Ident Technology. Подключаемое к комплекту недорогих внешних электродов устройство GestIC содержит аналоговую цепочку обработки сигналов, измеряющую вызываемые движением рук изменения электрического поля и распознающую перемещение рук в трехмерной области над электродами. Затем с помощью встроенного в кристалл сигнального процессора выполняется цифровая обработка информации, чтобы определить, какому из приблизительно дюжины предварительно запрограммированных жестов соответствуют зафиксированные перемещения.
 |
|
| Рисунок 3. | Основанная на технологии GestIC компании Microchip микросхема MGC3130 содержит набор специализированных цепочек аналоговой обработки сигналов датчиков, сигнальный процессор и хранящиеся во flash-памяти программы распознавания, преобразующие движения рук в известные жесты. |
Microchip со своей системой GestIC – не единственный игрок на рынке датчиков электрического поля. Чуть больше года назад Plessey Semiconductors представила подобный датчик, изначально ориентированный на применение в персональном медицинском оборудовании. А недавно компания начала массовые поставки дешевых приборов, которые могут серьезно повлиять на развитие рынка потребительской электроники (Рисунок 4). Внедряя эти датчики Plessey во встраиваемые системы, разработчики получат возможность выпускать свои собственные 3-D HMI продукты, используя богатые наборы накопленных алгоритмов распознавания.
  |
|
| Рисунок 4. | Бесконтактный твердотельный датчик электрического потенциала PS25401B компании Plessey Semiconductors в корпусе (слева) и со снятой крышкой (справа). |
Камеры стали почти обязательным атрибутом мобильной техники, и, без сомнения, будут все шире использоваться в системах распознавания жестов. Одновременно начинается промышленное внедрение многосенсорных решений, объединяющих несколько различимых технологий обнаружения.
К примеру, недавно Microsoft продемонстрировала систему распознавания жестов, получившую название Digits, в которой объединены камера и МЭМС датчик движения. В Digits выполняется высокоуровневый анализ, основанный на использовании сложного программного обеспечения, формирующий исключительно детализированную программную модель движения руки, позволяющую отслеживать самые тонкие жесты. GestIC подобного делать пока не умеет.
