從汽車(chē)被發(fā)明以來(lái)，人車(chē)交互的方式在不斷變化。而在最近幾年，這種趨勢(shì)開(kāi)始變得越來(lái)越明顯。僅僅在車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)中，交互方式也開(kāi)始從最早的實(shí)體按鍵，轉(zhuǎn)向包含按鍵、觸屏以及語(yǔ)音等等方式在內(nèi)的多維交互方式。
雖然交互方式在變，但遵從的邏輯從來(lái)都沒(méi)變：方便與安全。比如擴(kuò)大了手觸面積的卡片式 UI、智能后視鏡、抬頭顯示、智能 AI 語(yǔ)音、AR 導(dǎo)航等等，都是為了讓駕駛員在開(kāi)車(chē)的時(shí)候盡可能方便地傳遞指令，減少注意力的分散，保證安全。
目前來(lái)看，車(chē)載語(yǔ)音交互已經(jīng)比較普及，很多新車(chē)型上都有搭載。但它還是有自己的局限性，比如識(shí)別率、識(shí)別速度、對(duì)自然話術(shù)的支持等等都還不完善。這樣一來(lái)，有時(shí)候反而會(huì)給駕駛造成額外的負(fù)擔(dān)。
這時(shí)如果能像科幻片里那樣，動(dòng)動(dòng)手指就能下達(dá)某些指令，可能會(huì)是一種更好的解決方案。
事實(shí)上，主機(jī)廠們也確實(shí)再往這個(gè)方向發(fā)展。2015 年，寶馬率先發(fā)布了搭載手勢(shì)識(shí)別的 7 系，而且前前后后也不斷有 OEM 在嘗試推出搭載這項(xiàng)功能的量產(chǎn)車(chē)（比如奔馳、拜騰、君馬）和 demo（奧迪、福特、大眾等），所以這更加深了我們對(duì)手勢(shì)識(shí)別的好奇心。
手勢(shì)控制正在成為一種更值得期待的車(chē)內(nèi)交互方式。
手勢(shì)識(shí)別在車(chē)內(nèi)都能做什么？
通過(guò)不同的手勢(shì)，手勢(shì)交互可以實(shí)現(xiàn)接掛電話、調(diào)節(jié)音量、選擇歌曲、控制導(dǎo)航、控制車(chē)輛（空調(diào)、座椅、窗戶等）等功能，還包括主駕和副駕、后排乘客交互的多種場(chǎng)景。
雖然手勢(shì)控制能實(shí)現(xiàn)的功能不少，甚至和語(yǔ)音交互的功能還有一定重復(fù)。但是在我看來(lái)，手勢(shì)和語(yǔ)音的關(guān)系絕不是非此即彼，一定是互相成就。想象一下，當(dāng)你目視前方，用手指著天窗說(shuō)打開(kāi)，然后天窗就打開(kāi)了，是不是還挺有意思的？
未來(lái)人機(jī)交互一定是多維度的。例如寶馬全新 5 系就配備了「五維人機(jī)交互界面」，其中包括自然語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)控制、觸控屏幕、iDrive 系統(tǒng)和熱敏按鍵。
這種多模態(tài)交互才是未來(lái)。
另外，如果我們把視線從駕駛員的手勢(shì)擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，類(lèi)似的技術(shù)在駕駛場(chǎng)景還能實(shí)現(xiàn)更多功能。
除了駕駛員的手勢(shì)之外，手勢(shì)識(shí)別的技術(shù)還能識(shí)別車(chē)外人員的動(dòng)作。以后，這個(gè)功能也許還能識(shí)別交警指揮車(chē)輛的動(dòng)作，或者周?chē)T自行車(chē)的人做出的手勢(shì)。這樣既能增加駕駛的安全性，又能促進(jìn)自動(dòng)駕駛的發(fā)展。
這些技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)駕駛員監(jiān)測(cè)，是和目前手機(jī)的面部識(shí)別解鎖類(lèi)似的技術(shù)原理。從全球來(lái)說(shuō)，法律規(guī)定在 L2 向 L3 級(jí)別的自動(dòng)駕駛方案過(guò)渡時(shí)，駕駛員必須時(shí)刻監(jiān)控車(chē)輛駕駛，所以隨時(shí)監(jiān)控駕駛員的狀態(tài)在未來(lái)一定是必需的部件，而且這個(gè)未來(lái)很快就要到了。
既然手勢(shì)交互和背后的技術(shù)對(duì)于駕駛有這么多幫助，所以我們有必要了解一下背后的原理。
實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別的 3 種方案
前方高能，所以請(qǐng)準(zhǔn)備好開(kāi)始燒腦。
根據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)方式的不同，目前行業(yè)內(nèi)所采用的手勢(shì)識(shí)別大致有三種：光飛時(shí)間（Time of Flight）、結(jié)構(gòu)光（Structure Light）以及雙目立體成像（Multi－camera）。
光飛時(shí)間（Time of Flight）：通過(guò)光的飛行時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。
光飛時(shí)間的原理很簡(jiǎn)單，先用紅外發(fā)射器發(fā)射調(diào)制過(guò)的光脈沖，再用接收器采集反射回來(lái)的光脈沖，最后根據(jù)往返時(shí)間計(jì)算物體間的距離，從而判斷手勢(shì)。
其實(shí)主要就是依據(jù)距離＝光速＊時(shí)間。光速是一定的，就可以通過(guò)時(shí)間差推算距離差。
結(jié)構(gòu)光（Structure Light）：主動(dòng)投射已知編碼圖案，再計(jì)算物體位置。
結(jié)構(gòu)光要先通過(guò)紅外激光器，將具有一定結(jié)構(gòu)特征的光點(diǎn)投射到目標(biāo)物體上，再由紅外攝像頭收集反射的結(jié)構(gòu)光圖案。
因?yàn)檫@些光斑投影在被觀察物體上的大小和形狀根據(jù)物體和相機(jī)的距離和方向而不同，所以根據(jù)三角測(cè)量原理可以計(jì)算出物體各個(gè)點(diǎn)的具體位置，根據(jù)前后位置差異從而能夠判斷手勢(shì)。
雙目立體成像（Multi－camera）：兩個(gè)攝像頭采集位置信息，再將畸變數(shù)據(jù)計(jì)算成可用數(shù)據(jù)。
雙目立體成像非常依賴算法，而且算法的難度和分辨率和檢測(cè)精度掛鉤。分辨率和檢測(cè)精度越高，計(jì)算就越復(fù)雜，還會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)性較差。它主要分兩個(gè)步驟：采集信息和計(jì)算畸變數(shù)據(jù)。
1． 采集圖像信息。通過(guò)兩個(gè)攝像機(jī)提取出三維位置信息，并進(jìn)行內(nèi)外部參數(shù)的匹配。（攝像機(jī)本身存在畸變，如果不經(jīng)過(guò)標(biāo)定，原本的矩形會(huì)顯示成不規(guī)則的圓角四邊形）
2． 計(jì)算畸變數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的立體圖像，獲得視差圖像，再利用攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行三角計(jì)算獲取深度圖像，根據(jù)前后位置的區(qū)別進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別。
像分辨率、成本、測(cè)量精度這種問(wèn)題，三種方案雖然有高有低，但基本都還說(shuō)得過(guò)去，功耗在車(chē)內(nèi)也不是大問(wèn)題。
要判斷哪種方案合適，要從以下幾點(diǎn)著手：1． 是否能適應(yīng)各種環(huán)境？2． 是否具有優(yōu)異的實(shí)時(shí)性？3． 在樣本范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)誤差是否可控？4． 成本是否可控？5． 體積是否可控？6． 硬件插件是否成熟？
前三點(diǎn)是非常重要的，因?yàn)槠?chē)會(huì)處在各種環(huán)境內(nèi)，所以抗干擾性、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性非常重要。
結(jié)構(gòu)光的分辨率高，計(jì)算量少，功耗也比較低，此前有很多成型的解決方案，還有 Inter 支持的 RealSense SDK，開(kāi)發(fā)周期較短。但是它受限于主動(dòng)投射的原理，非常容易受到強(qiáng)光和光滑平面（如鏡子）的影響，室外基本不能使用，這點(diǎn)算是致命的。
雙目立體成像的硬件成本比較低，但是它過(guò)于依賴圖像特征匹配（后期計(jì)算），需要很高的計(jì)算資源。想要更高的分辨率，計(jì)算就越復(fù)雜，這就導(dǎo)致它實(shí)時(shí)性比較差。而且它在光照較暗、過(guò)度曝光或者場(chǎng)景本身缺少紋理的情況下，很難進(jìn)行特征提取匹配。和結(jié)構(gòu)光一樣，在抗干擾性這點(diǎn)上它做的不好。
TOF 方案的分辨率很低，測(cè)量精度也不如其他兩種方案，但是對(duì)于車(chē)內(nèi)手勢(shì)識(shí)別來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠了。因?yàn)樾枰饩€的全面照射，所以功耗很高，但是這在汽車(chē)環(huán)境中也不算大事。而且它的體積可控；測(cè)量誤差在整個(gè)范本內(nèi)比較固定；雖然計(jì)算量大，但是算法難度較低；最重要的是它受外界環(huán)境干擾較小。綜合來(lái)看，TOF 方案是個(gè)比較實(shí)用的選擇，也是很多供應(yīng)商都在努力的方向。
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