手勢控制是如何實現的？這三種方式了解一下

隨著技術的發展，諸多場景中人機交互的方式也在逐漸發生著變化，手勢控制也應運而生。顧名思義，手勢控制是指人手不需要直接接觸機器，而是在空中做出相應的姿勢變化，繼而控制機器做出相應的動作。手勢控制目前在車載環境中已有較多應用，在司機與中控系統的互動中，用手勢控制的方式代替原有的按鍵控制，可以增加司機行車的安全性。那麼，手勢控制是如何實現的呢？

手勢控制目前隻在一些特定領域得到了應用，但這些技術都離不開感應設備、處理芯片和算法這些基本要素。目前手勢識別的實現主要有三種方法，第一種是飛行時間（Time of flight ，ToF）技術，該技術的基本原理是基於光子在空中的飛行時間來確定手指的位置，因此被稱為飛行時間技術。其基本過程是發光元件發出光線之后，計算光線碰到目標物體返回到感光元件所經歷的時間來判斷手的狀態和位置。該技術需要配備具有發射和接收脈沖光的3D相機模塊，3D相機具有兩個鏡頭通過不同鏡頭接收的光線信息對照射物體進行立體成像。首先相機模塊發射出脈沖光線，由於不同距離處的手指接受到光線照射的時間不同，從而返回到接收模塊的時間也不相同。根據返回時間的不同，處理芯片就可以構建出來判斷出不同手指的具體位置，從而判斷出具體的手勢，通過實時採集這些信息，系統就可以判斷用戶正在進行的動作，再根據預先定義的功能，對應到相應的控制命令之上，就實現手勢控制。

3D相機示意圖（作者供圖）

第二種方式稱為結構光技術，所謂結構光技術是指利用發光器投射出特定光信息到目標物體及背景，之后由感光元件採集后，根據物體造成光線的變化來計算物體的深度和位置信息，以此復原物體所在的三維空間。對應於手勢識別，首先利用激光發射器將結構光投射至前方的人體表面，再使用紅外傳感器接收人體反射的結構光圖案。之后，處理芯片根據接收圖案的位置和形變程度來計算人體的空間信息，再結合一定算法進行深度計算，即可進行識別。

第三種識別方式為毫米波雷達，毫米波雷達的工作頻率較高，因此工作波長較短，毫米波雷達所發射的電磁波波長在毫米量級，因此被稱為毫米波雷達。其基本原理與ToF相似，隻不過用於測量的介質由光線變成了電磁波。首先，利用毫米波發射器把無線電波發射出去，然后利用接收器接收回波，這時，內置的處理芯片會根據收發之間的時間差實時計算目標的位置數據，通過比較不同時間段手指位置，就可以與內置的數據比較，得到手指正在進行的動作，從而可以實現特定的指令。

手勢控制是近年來發展起來的全新的交互方式，與一般的按鍵、語音等交互方式不同，手勢控制更容易掌握和應用。但由於目前技術的限制，依舊存在使用成本較高、手勢識別正確率較低等問題，因此目前沒有得到廣泛的應用，相信隨著技術的發展革新，手勢識別必將在更多的領域發揮功用。

本文由北京郵電大學計算機科學與技術研究專業副教授張忠寶進行科學性把關。