雷達(dá)、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(jī)接口(HMI)方面存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

　　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(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(shì)和存在檢測(cè)(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(dòng)大會(huì)上宣布了與XMOS的合作伙伴關(guān)系。這家德國(guó)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(chǎng)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(cè)”。

　　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(cè)技術(shù)。Elliptic Labs產(chǎn)品開發(fā)副總裁Guenael Strutt告訴我們，“存在檢測(cè)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(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(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(tái)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(duì)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(dòng)和有一般噪聲的場(chǎng)合?！?/p>

　　“系統(tǒng)可以在30英尺開外分辨出你的語音?！?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：英飛凌雷達(dá)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音識(shí)別提供新的構(gòu)建模塊。(來源：EE Times)

　　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(huì)經(jīng)歷相同的過程。”他相信很快會(huì)到集成成本變得合理的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。

　　理解微手勢(shì)

　　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(huì)將一部分能量反射回雷達(dá)天線。這種反射信號(hào)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(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?！痹谒磥恚c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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(jí)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(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(zhuǎn)看不見的旋鈕即可。這種雷達(dá)系統(tǒng)可以識(shí)別微小的手指運(yùn)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(dá)芯片檢測(cè)他的手指作出的減小音量的微手勢(shì)。(來源：EE Times)

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