人機(jī)交互中LED有什么樣的作用和應(yīng)用說明

近幾年，隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及，人機(jī)交互成為高頻詞匯。那么，在人機(jī)交互這場(chǎng)技術(shù)變革中，LED扮演著什么樣的角色呢？

紅外LED在人機(jī)交互中的作用

王征在《LED燈光對(duì)交互方式的影響》一篇論文中就指出： LED 發(fā)出的非可見光即紅外線更是改變著當(dāng)前甚至未來人類的生活方式。由光譜可知，人眼通?？筛兄目梢姽獠ㄩL(zhǎng)范圍在 400 ～ 760 納米之間（可見光波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)依次為紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅），而紅外 LED 則可發(fā)射出約 850 ～ 980 納米波長(zhǎng)的紅外線。雖然人眼感受不到，但具有夜視功能的攝像設(shè)備卻可以清晰地捕捉到紅外線照射下的物體。近年來在人機(jī)交互領(lǐng)域涌現(xiàn)出的多種足以改變?nèi)祟惿罘绞降慕换ゼ夹g(shù)手段，也正是運(yùn)用了 LED 紅外線的這一特性。

他提到，雖然采用 FTIR 技術(shù)的多點(diǎn)觸摸設(shè)備逐漸式微，但紅外 LED 卻沒有退出歷史舞臺(tái)。早在2012年末，它們被嵌入到 全球最炙手可熱的科技產(chǎn)品——Leap Motion 之中 , 這是一款外觀小巧但工作精度可達(dá) 0.01 毫米的桌面體感設(shè)備。Leap Motion 關(guān)注到了用戶與電腦間的開闊空間，把這一區(qū)域轉(zhuǎn)化為雙手和手指的舞臺(tái)。不論它們的每一次移動(dòng)多么細(xì)微，又或是多么大幅度，Leap Motion 控制器都能精確追蹤。從技術(shù)上說，這是一個(gè) 8 立方英尺的可交互式 3D 空間，更接近人的立體手勢(shì)而不再僅僅是平面上的手指位移。

據(jù)了解，Leap Motion 控制器的組成非常簡(jiǎn)單 ：兩個(gè)高幀率攝像頭、三個(gè)紅外 LED 燈，以及一塊 USB3.0 芯片?？刂破髦械募t外 LED 燈將發(fā)射出某一波長(zhǎng)的紅外光線并提供滿足感應(yīng)空間所需的紅外照明。以兩個(gè)攝像頭為基礎(chǔ)硬件的 Leap Motion，其可視范圍是一個(gè)倒金字塔，塔尖在設(shè)備中心。Leap Motion 在推出伊始，業(yè)界對(duì)它能夠如此精確地識(shí)別手指手勢(shì)、物品感到驚嘆的同時(shí)也在揣測(cè)其技術(shù)原理。Leap Motion 的硬件并無特殊之處，關(guān)鍵在于其強(qiáng)大的視覺分析系統(tǒng)。Leap Motion 采用笛卡爾右手坐標(biāo)系，當(dāng)檢測(cè)到手、手指、工具或手勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)將為它分配一個(gè)唯一的 ID 指示符，只要該實(shí)體一直在 Leap Motion 的可視范圍內(nèi)，此 ID 將保持不變。若該目標(biāo)丟失或失而復(fù)得，系統(tǒng)也將會(huì)分配一個(gè)全新的 ID。除上述追蹤功能外，Leap Motion 分析總體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的算法也值得稱贊。它通過捕捉到的當(dāng)前幀與之前一個(gè)特別幀進(jìn)行對(duì)比，得出相關(guān)的幀運(yùn)動(dòng)信息，包括旋轉(zhuǎn)、縮放、位移等等。Leap Motion 的出現(xiàn)，填補(bǔ)了近距離體感操作這一人機(jī)交互領(lǐng)域的空白。

對(duì)于未來，他指出：在人機(jī)交互方面，隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用普及，特別是機(jī)器視覺技術(shù)的廣泛使用，一大批以體感操作為交互方式的智能設(shè)備（如國(guó)內(nèi)的樂視、小米電視與以 Xbox360 Kinetic 為代表的支持體感操作的游戲機(jī)等）已迅速進(jìn)入廣大百姓的家庭生活，并得到了用戶的廣泛好評(píng)。LED 紅外燈已成為這類智能設(shè)備中捕捉穩(wěn)定圖像所標(biāo)配的硬件組成。移動(dòng)芯片計(jì)算能力的提升、無線傳輸速率的提高、更多傳感器的嵌入，以及機(jī)器視覺 能力的增強(qiáng)，在各種設(shè)備智能化的同時(shí)，也就會(huì)相應(yīng)提出更加智能的人機(jī)交互方式。相信未來紅外 LED 與人機(jī)交互最重要的研究方向——自然用戶界面（Natural User Interface）之間會(huì)有更緊密地結(jié)合。

人屏交互時(shí)代來臨

一直以來，傳統(tǒng)的LED大屏都是以“單向傳播”的方式面向受眾。近年，隨著新技術(shù)的發(fā)展，屏幕與人之間不再局限于“單箭頭傳播”，而是轉(zhuǎn)向“智能交互”。現(xiàn)階段，人機(jī)交互的方式主要有屏網(wǎng)聯(lián)動(dòng)、觸碰互動(dòng)、和其他技術(shù)（如體感技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人臉識(shí)別等）。

屏網(wǎng)聯(lián)動(dòng)。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的來臨，讓業(yè)內(nèi)一些反應(yīng)迅速的人意識(shí)到傳統(tǒng)媒體與新型媒體融合的發(fā)展趨勢(shì)，并適時(shí)結(jié)合技術(shù)成功牽手新型媒體。“聯(lián)網(wǎng)控播”就是一條LED大屏與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的發(fā)展之路，利用手機(jī)、PC、電腦等端口，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)操作，結(jié)合時(shí)下熱門的二維碼、APP等多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)LED大屏與受眾之間的聯(lián)合互動(dòng)，刺激受眾興趣的增長(zhǎng)，增強(qiáng)受眾的參與性。

搭載觸碰技術(shù)。當(dāng)前，LED顯示屏已經(jīng)可以通過搭載“觸碰技術(shù)(感應(yīng)器)”實(shí)現(xiàn)直接“人屏互動(dòng)”，如互動(dòng)LED地磚屏、觸摸屏等。其中，LED地磚屏在互動(dòng)領(lǐng)域表現(xiàn)十分突出，尤其是在舞臺(tái)方面，它的表現(xiàn)十分搶眼。而LED觸摸屏大多用于近距離顯示領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品的顯示效果要求也較為嚴(yán)苛，為適應(yīng)近距離顯示的需要，廠家將LED觸控屏與小間距技術(shù)相結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)智能互動(dòng)，還可以提升用戶體驗(yàn)。

LED地磚屏

其他互動(dòng)技術(shù)。目前，LED大屏互動(dòng)已經(jīng)發(fā)展成為整個(gè)行業(yè)的趨勢(shì)，LED大屏可以通過吸納體感技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)等前沿科技實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。縱觀VR市場(chǎng)，VR產(chǎn)品與LED屏是密不可分。并且，從VR產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，LED顯示屏是最基礎(chǔ)也是最重要的硬件設(shè)施，擁有更好畫質(zhì)效果的LED顯示屏無疑可以顯著提升VR產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)。

LED環(huán)、LED矩陣、LED照明成界面

現(xiàn)在的產(chǎn)品變得非常智能且彼此相互連接。揚(yáng)聲器、電視、冰箱、機(jī)頂盒和煙霧探測(cè)器等器件不再只是處在某一位置的工具 - 用戶可遠(yuǎn)程或通過語(yǔ)音喚醒控制它們。這些器件比以前更加智能，這意味著它們還需要更加智慧的人機(jī)交互界面。

人機(jī)交互的界面可以多種多樣，由發(fā)光二極管（LED）的各種創(chuàng)造性的組合而形成的LED環(huán)、LED矩陣或紅綠藍(lán)（RGB）LED照明等是現(xiàn)在炙手可熱的人機(jī)交互方式，特別是通過改變諸如追逐或閃爍等。

用于人機(jī)交互界面的LED實(shí)例

LED驅(qū)動(dòng)對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的影響

要擁有一個(gè)極其友好的人機(jī)界面，這些元素很重要：

完美的色彩混合，顏色隨用戶要求而變化。

適合的LED亮度：白天不要太暗，夜晚不要太亮。

美觀的動(dòng)態(tài)變化效果，如追逐或閃爍。

電源來自電池時(shí)，也同樣能實(shí)現(xiàn)一致的亮度顯示和高效率。

雖然乍看這一列表令人從無下手，但其實(shí)只需要一款出色的LED驅(qū)動(dòng)器就可以輕松實(shí)現(xiàn)，這個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器需要具有如下的功能：

能夠使用合適的通信協(xié)議，如I2C，驅(qū)動(dòng)多個(gè)通道。微控制器（MCU）可與該器件通信并獨(dú)立控制每個(gè)通道，而不會(huì)消耗大量的通用輸入/輸出GPIO引腳資源。

高分辨率脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制，用于改變LED的亮度，但又不會(huì)過于有臺(tái)階變化的視覺感受。

極低的靜態(tài)電流，以及合適的省電模式。

高頻的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)可避免出現(xiàn)人耳可辨別的噪聲，因?yàn)樵S多LED指示燈與揚(yáng)聲器一同使用。

德州儀器的LP50xx系列多通道RGB LED驅(qū)動(dòng)如圖2所示，非常適合此功能。

圖 ：LP50xx系列功能塊

這些器件集成了一個(gè)12位PWM發(fā)生器。其工作頻率高于人類可辯噪聲頻率，每通道頻率為29 kHz，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、精確的色彩彎化控制及零噪聲。每個(gè)通道提供獨(dú)立的顏色混合和亮度控制。通過集成的省電模式，這些LED驅(qū)動(dòng)可顯著降低功耗，從而提高待機(jī)模式下的整體系統(tǒng)效率。LP50xx系列有9,12,18,24,30,36多種選擇，可以滿足不足LED配置的設(shè)計(jì)需求。

LP50xx系列能夠幫忙您實(shí)現(xiàn)LED作為人機(jī)交互界面的中的無縫、流暢的變換效果，廣泛適用于便攜式電子設(shè)備、樓宇自動(dòng)化和智能家電設(shè)備。