車載手勢交互研究的六種技術(shù)路線

佐思汽研發(fā)布《2022-2023年中國汽車手勢交互發(fā)展研究報(bào)告》，從手勢交互技術(shù)、標(biāo)桿車型手勢交互方案、手勢交互產(chǎn)業(yè)鏈以及手勢交互方案商四個(gè)方面進(jìn)行分析研究。

一、2022年車載手勢識別功能裝配量同比增長315.6%

隨著智能座艙技術(shù)的迭代升級，座艙服務(wù)從被動(dòng)智能逐漸演變?yōu)橹鲃?dòng)智能，人機(jī)交互模式從單一模態(tài)的交互方式轉(zhuǎn)向多模態(tài)交互。在這一趨勢影響下，車載手勢交互功能得到了快速的發(fā)展。2022年，中國乘用車手勢識別（標(biāo)配）裝配量總計(jì)42.7萬輛，同比增長315.6%；裝配率為2.1%，較2021年增加了1.6個(gè)百分點(diǎn)。

二、手勢識別控制范圍正從軟件向硬件、從車內(nèi)向車外延伸

隨著手勢交互技術(shù)的普及和應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)大，車載手勢交互技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。目前，汽車制造商正積極推動(dòng)座艙交互功能的布局，手勢交互技術(shù)從最初控制車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)，包括接掛電話、調(diào)整音量、控制導(dǎo)航等功能，發(fā)展到可控制車身硬件以及安全系統(tǒng)，如車窗/天窗/遮陽簾開啟或關(guān)閉、關(guān)閉車門、車輛行駛等功能。 此外，車外手勢控制也是各大廠商積極拓展的技術(shù)領(lǐng)域。例如，WEY摩卡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了駕駛員可以在車外通過手勢控制車輛點(diǎn)火、前進(jìn)、后退、暫停、熄火操作。未來，手勢識別功能將不再局限于駕乘人員，而會逐步實(shí)現(xiàn)對車外路人的動(dòng)作識別，例如識別路上交警的指揮手勢或汽車周圍騎車人做出的手勢。

數(shù)據(jù)堂自制版權(quán)的系列數(shù)據(jù)集產(chǎn)品為“手勢識別”這一技術(shù)路徑的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支持。

1314,178張18種手勢識別數(shù)據(jù)

314,178張18種手勢識別數(shù)據(jù)涵蓋多種場景、18種手勢、5種拍攝角度、多年齡段、多種光照條件。在標(biāo)注方面，標(biāo)注21關(guān)鍵點(diǎn)（每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)有可見不可見屬性）、手勢類別和手勢屬性。314,178張18種手勢識別數(shù)據(jù)可用于手勢識別、人機(jī)交互等任務(wù)。

三、手勢識別六種技術(shù)路線

從技術(shù)路線來看，手勢識別技術(shù)主要包括基于3D攝像頭的結(jié)構(gòu)光、ToF、雙目成像，基于雷達(dá)的毫米波、超聲波，以及基于生物電的肌電技術(shù)。

手勢識別技術(shù)路線

來源：佐思汽研《2022-2023年中國汽車手勢交互發(fā)展研究報(bào)告》

目前，基于3D攝像頭的手勢感應(yīng)技術(shù)路線是車載手勢識別的主流技術(shù)路線。該技術(shù)路線由3D攝像頭和控制單元組成。3D攝像頭包括攝像頭、紅外LED、傳感器等部分，用于捕捉手部動(dòng)作，然后利用相應(yīng)的圖像處理算法識別手勢的類型，并下達(dá)相關(guān)指令?；?D攝像頭的技術(shù)路線可細(xì)分為結(jié)構(gòu)光、ToF和雙目視覺。

結(jié)構(gòu)光技術(shù)

結(jié)構(gòu)光技術(shù)是將帶有編碼信息的光投射到人體，由紅外傳感器采集反射結(jié)構(gòu)圖案，最后由處理芯片構(gòu)建3D模型的方案，適用于10米以內(nèi)的近距場景，擁有硬件成熟、可識別精度高、分辨率高等優(yōu)勢。于2022年7月上市的哪吒S搭載的手勢識別方案即為結(jié)構(gòu)光方案。

哪吒S艙內(nèi)手勢識別傳感器位于內(nèi)后視鏡上方，可識別6個(gè)手勢動(dòng)作，包括：手掌前后移動(dòng)調(diào)節(jié)天幕透光率、比“噓”靜音、手指順/逆時(shí)針調(diào)整音量、手掌張開左右移動(dòng)切換音視頻節(jié)目、比“V”車內(nèi)自拍以及點(diǎn)贊收藏節(jié)目。

ToF技術(shù)

ToF技術(shù)即根據(jù)光的飛行時(shí)間測距，由底層感光元件構(gòu)建3D圖像實(shí)現(xiàn)，其可以獲得5米內(nèi)的有效與實(shí)時(shí)深度信息，適用場景更廣，無論環(huán)境光較強(qiáng)（如：日光）或較弱，都可獲得有效的景深信息。寶馬iX、理想L9、極狐阿爾法S全新HI版等量產(chǎn)車型搭載的手勢識別方案均為ToF方案。

寶馬iX艙內(nèi)手勢識別傳感器位于中控屏上方車頂燈處，可識別8個(gè)手勢動(dòng)作，包括： ① 手左右揮動(dòng)拒接電話/忽略提示；

② 食指前后接聽電話/確認(rèn)提示；

③ 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)可增大音量或放大導(dǎo)航地圖；

④ 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)可減小音量或縮小導(dǎo)航地圖；

⑤ 手握拳伸出大拇指向左右揮動(dòng)，調(diào)整上一曲/下一曲；

⑥ 兩手指指向顯示器可自定義；

⑦ 做出五-零-五手勢（自定義）；

⑧ 手握空拳，食指與大拇指相碰，左右揮動(dòng)拉扯可查看車輛四周影像（需要車輛帶自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)PLUS）。

理想L9為保證駕乘人員均可實(shí)現(xiàn)手勢識別控制，在車內(nèi)前艙及后艙分別安裝了手勢識別傳感器。前艙傳感器位于內(nèi)后視鏡上方，后艙傳感器則位于后排娛樂屏處上方。

前艙可識別2個(gè)手勢動(dòng)作，包括： ① 控制車窗/天窗/遮陽簾（結(jié)合語音交互）；

② 播放頁面長握拳，上下移動(dòng)調(diào)整音量。

后艙可識別7個(gè)手勢動(dòng)作，包括： ① 五指張開內(nèi)側(cè)手肘放置于扶手保持2秒，可進(jìn)行手勢定位；

② 五指張開，向下?lián)]手打開屏幕；

③ 五指張開，手掌移動(dòng)光標(biāo)；

④ 握拳抓取圖標(biāo)；

⑤ 長握拳，抓取并移動(dòng)實(shí)現(xiàn)畫面甩屏；

⑥ 在播放頁面，長握拳，左右移動(dòng)可調(diào)節(jié)播放進(jìn)度；

⑦ 在播放頁面，五指張開，向上揮手可退出當(dāng)前內(nèi)容。

雙目立體成像技術(shù)

雙目立體成像技術(shù)基于視差原理，由多幅圖像獲取物體三維幾何信息實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)對硬件要求低，無需額外的特殊設(shè)備，是一種性價(jià)比高的方案。于2022年5月上市的奔馳EQS搭載的手勢識別方案即為雙目立體成像方案。

奔馳EQS艙內(nèi)手勢識別傳感器位于車頂閱讀燈處，可識別3個(gè)手勢動(dòng)作，包括： ① 比“V”調(diào)出收藏夾；

② 在內(nèi)后視鏡下方前/后揮手，控制天窗關(guān)/開；

③ 手向車內(nèi)揮動(dòng)，自動(dòng)關(guān)門（需選配四門電動(dòng)開閉）。

目前，基于雷達(dá)的毫米波、超聲波以及基于生物電的肌電等手勢識別技術(shù)，在汽車艙內(nèi)手勢識別功能中尚未被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的視覺手勢識別技術(shù)相比，這些技術(shù)仍然存在一些限制和挑戰(zhàn)。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)是一種無線電波傳感器，即使在有障礙物的情況下，也能準(zhǔn)確探測手的位置和運(yùn)動(dòng)。 2020年，木牛科技美國子公司Ainstein，與美國ADAC Automotive成立合資品牌RADAC，并在CES展上正式發(fā)布了基于毫米波雷達(dá)的車載手勢識別解決方案。該方案中的手勢識別傳感器位于尾門上方，可通過手部的左右揮動(dòng)打開車門。

超聲波雷達(dá)

2020年2月，DS在日內(nèi)瓦車展上推出的Aero Sport Lounge概念車，集成了Leap Motion體感控制技術(shù)和Ultrahaptics超聲波觸覺反饋技術(shù)，可輕松識別、解讀駕乘者的每個(gè)手勢動(dòng)作，并通過微型揚(yáng)聲器發(fā)出的立體超聲波予以駕乘者觸覺反饋。

DS Aero Sport Lounge艙內(nèi)手勢識別以及超聲波反饋傳感器位于車內(nèi)中央扶手處，可識別5個(gè)手勢動(dòng)作，包括： ① 艙內(nèi)溫度和吹風(fēng)速度調(diào)節(jié)； ② 曲目以及音量調(diào)節(jié)； ③ 處理導(dǎo)航/地圖，包括設(shè)置新路線； ④ 接聽/拒絕電話；

⑤ 菜單功能切換。

DS Aero Sport Lounge手勢識別傳感器位置圖

生物電

生物電是指人體肌肉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電信號。生物電傳感器可以通過測量這些電信號來識別手勢與動(dòng)作。目前，基于生物電的肌電手勢識別技術(shù)更多應(yīng)用于控制外部設(shè)備和交互界面，例如控制假肢、虛擬現(xiàn)實(shí)和游戲設(shè)備等方面。致力于研發(fā)智能手勢控制產(chǎn)品的加拿大公司Thalmic Labs，推出的首款可穿戴設(shè)備MYO腕帶采用的就是肌電技術(shù)。該腕帶內(nèi)嵌8個(gè)肌電傳感器記錄手臂肌肉的電信號，通過分析這些信號識別不同的手勢。在實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶可以通過MYO腕帶的藍(lán)牙連接來控制無人機(jī)、電腦、智能手機(jī)等電子設(shè)備。目前尚無車內(nèi)應(yīng)用案例。

審核編輯黃宇