移动VR将愈成熟 一公司推出1mm精度超声波ToF手势识别

手势识别并不是一个新概念，但一直以来手势识别的精度并不是很高。最近，一家初创公司——Chirp公司推出了一款微型超声传感器（基于微机电系统（MEMS）的飞行时间（ToF）传感器），该传感器利用超声换能器，通过手部和手指手势为用户提供对其设备的免触摸控制，帮助实现真正的移动VR并创造下一代用户界面。在最近的技术demo中，用户可以在空中通过手势控制平板电脑。

该公司的技术是源于美国加州大学伯克利分校和戴维斯分校的伯克利传感器和致动器中心，那里的研究人员发现了一种小型化MEMS超声传感器的新方法。之后，2013年在美国加州伯克利成立的初创公司Chirp Microsystems获得了该技术的授权。它们表示，“在追求尽可能自然的控制和交互上，我们已经开发了触摸屏、语音识别和运动追踪，下一次用户体验革命将基于声音。”

或许有许多人已经了解过类似的基于光和摄像头的系统，但Chirp的联合创始人兼执行总监Michelle Kiang表示，这些解决方案在准确度不能媲美超声波，而且功率消耗更大。她说：“基于红外线或摄像头的解决方案，在功率上可以消耗几十毫瓦。但借助超声波，我们只需几十微瓦。足足减少了一千倍。基于摄像头的系统需要机器视觉，这又会占用大量的处理能力，而超声只测量距离和距离，所以即使你使用多个设备，计算也十分简单。”

Chirp的传感器工作时使用小型超声换能器阵列发出一个声波脉冲。这就好比使用回声定位的蝙蝠一样，声波从物体（如你的手）反弹至芯片。通过计算飞行时间，芯片能够确定物体相对于设备的位置，并且触发编程行为。在空中挥动你的手可以触发滚动屏幕行为，让手朝向设备移动或移开抽离可以控制音量或强度，你还可以通过小幅度的手指移动来点击或激活指令。

手势控制

换能器是压电微加工超声换能器（PMUT），可以把传送至传感器膜结构上的超声压力转换成电信号。因为换能器不使用类似于常规压电传感器的背板，所以膜结构的运动没有严格的限制，从而可实现更高质量的信号。Chirp的FoT传感器将PMUT与专有的超低功耗、混合信号的集成电路结合在一起，以处理飞行时间计算。

压电微加工超声换能器（PMUT）

由于芯片不依赖于外部处理器，它能够以更少的功率和更小的形状因子完成任务。另外，由于其工作原理类似于回声定位，传感器允许设备追踪三维空间中的运动，与触摸屏的二维限制相比，这可以添加更多的控制选项。

Chirp表示，其ToF传感器比传统的超声换能器小一千倍。还有，设备不仅可以感测到手部挥动的大幅度手势，而且可以感测到微小的手势（如手指运动），精度可达到1mm。如此精度使得ToF传感器非常适合于可穿戴设备应用，其中设备由于过小，用户无法正常使用触摸屏和免手持应用，如无菌医疗或无尘室环境或信息娱乐应用。

其实Chirp并不是第一个使用超声波技术的。几十年来，研究人员和企业已经尝试所谓的声学手势控制或识别，通过声音来监测运动并用于控制界面。任天堂甚至在1989年推出了游戏外设Power Glove，通过超声波传感器让用户使用手势来控制游戏。Power Glove唯一的问题是：这根本没有用。（任天堂在一年后便停止生产）

但对基于声音的手势识别而言，Chirp的技术代表了“最新、最低功耗和最小形状因子”的应用。Chirp Microsystems的ToF传感器支持对可穿戴设备和其他消费电子产品进行，非接触式感知和“Inside-out追踪”。

Chirp希望FoT芯片可以为VR/AR领域带来变革。现在，如果VR应用都专注于运动追踪控制器，比如说HTC Vive控制器和Oculus Touch。这些控制器成对出现，而且其设计会尽可能模仿人类手部的使用。例如，HTC和Oculus控制器不需要鼠标或操纵杆来拾取物体，而是通过手部和手指真实地挤压（扳机键）来让用户在虚拟空间中拾取物体。

这些解决方案的缺点在于（除了价格），它们使用基于光和摄像头的追踪，这再次回到功耗问题上，更不用说设置所需的额外硬件。而且在移动时，用户被限制在给定的游玩区域内。

Chirp Microsystems宣称：我们的解决方案将会是一种颠覆性的解决方案，可以应对大家正在面临的追踪问题。与基于摄像头的解决方案相比，通过将其芯片嵌入到头显以及单独的控制器中，可实现一种更低功耗、更低延迟、更低成本和更高分辨率的解决方案。Chirp的传感器可以发挥出体验完整的身临其境潜力，比基于摄像头的系统提供更宽的视场，以及实现一个可在任何照明条件下运行的系统，这与基于光的系统不同。

更令人吃惊的是，把传感器嵌入头显可为移动VR/AR用户提供一项非常诱人的功能：Inside-Out定位追踪。Kiang指出：“因为一方（控制器）正在发射超声波，而另一方（头显）正在接收超声波，所以它可以追踪设备（控制器或头显）。”这意味着，用户不再局限于当前移动VR产品所提供的“环顾四周”，用户将可以在VR环境中自由移动。这样移动VR体验将可以实现跟高端VR体验一样的6自由度追踪，同时没有游玩区域的限制。

6自由度控制

超声波手势识别将是一种添加交互性的方式，无需使用触摸屏或外部控制器。另外，超声不会受到触摸屏面临的一些限制所影响。可解决我们在不同领域看到的广泛的用户界面挑战问题！

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