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谷歌黑科技:实现隔空操纵手机

霍林郭勒新闻网  2020-01-05 00:54:18

谷歌又玩逆天黑科技:实现隔空操纵手机

一项神奇的技术,一部即将发售的手机,谷歌公司的黑科技总会给我们带来惊喜。

不知不觉间,七月便快过完了,炎热的天气里,心情很容易烦躁。谷歌公司似乎察觉到这点,特地在七月份的尾巴,给全球科技爱好者献上一份“魔幻”大礼。今日早间,谷歌官方证实,今年的旗舰手机 xel 4 将整合微型 Soli 动作感测雷达技术,可以实现隔空操纵手机。

当听到“隔空操纵”的时候,大家是不是首先会想起那些传说中的武林高手,或者是那些神秘莫测的魔术师,又或者是有着特异功能的超能力人士。谷歌作为一家世界闻名的科技公司,自然不会去折腾特异功能,这项名为 Soli 雷达技术的黑科技谷歌已深耕数年。它是一种专用的交互式,使用雷达对人手进行运动跟踪。传感器以极高的精度高速跟踪亚毫米级运动,精确识别出用户做出的动作,再将其传递到手机芯片中,做出相应的操作。

它是如何工作的?

关于手指运动识别技术,现在市面上已经有了好几种解决方案,LeapMoon 的线投影与成像方案;微软 Kinect 的深度感应技术;uSense 的立体成像技术都曾名噪一时。可惜,由于条件的制约,这些方案都没能真正与用户见面,仅仅停留在实验室层面。

与市面上的这些手指运动识别技术不同,Soli 使用的是毫米波雷达技术,它的工作原理与我们熟悉的雷达相同,首先向一个区域发射电磁波,再接收物体反射回来的电波,加以处理、计算和分析。当然,与雷达类似的工作原理,并不意味 Soli 需要大带宽和高空间分辨率。事实上,Soli 基本传感原理依赖于运动分辨率,通过随时间提取接收信号的细微变化。通过处理这些时间信号变化,Soli 可以区分复杂的手指运动。

比如食指和拇指一张一合时,会模拟出按按钮的动作,而它们来回摩擦时 ,会模拟出旋转旋钮的动作,这些动作都会干扰电波返回的时间和速度。在收集电波规律并加以分析和计算后,系统就能够识别出特定的运动模式,进而确定用户所做的动作,发出响应控制指令。

关键阻碍

前文说过,Soli 传感器本质上就是一款功能齐全的低功率雷达,工作在 60 GHz ISM 频段。在传统印象中,雷达都是又大又笨的大型设备。Soli 设计团队为了将其小型化,付出的艰辛可想而知。

最早的 Soli 雷达有一部台式机那么大,配备十几个冷却风扇。一旦运作起来,发热量吓死人,就连谷歌内部安全人员都要求 Soli 团队在设备上贴“过热警告”。这样一个庞然大物,拎起来都十分费力,想把它用到智能手机中简直痴心妄想。然而,再多的困难都难不倒 Soli 的研发人员,在 10 个月的时间里,Soli 团队将整个雷达系统重新设计,将其缩小成一块8mm x 10mm的芯片,上面集合了所有雷达天线和传感器,包括 4 组 RX 天线阵列和 2 组 TX 天线阵列。

与最早的原型机相比,重新设计的 Soli 传感器大大降低了雷达系统的设计复杂性和功耗,研发团队开发了两种调制架构:频率调制连续波(FMCW)雷达和直接序列扩频(DSSS)雷达。两种芯片都将整个雷达系统集成到封装中,包括多个波束成形天线,可实现 3D 跟踪和成像。

小型化问题解决了,可频段问题随之而来。Soli 雷达发射的是毫米波波束,60GHz 频率对应 5 毫米波长,这样它才能实现能量集中,方向性强,抗环境干扰。即使将 Soli 雷达封装在手机内部,也能轻易地穿过塑阻碍,捕捉毫米级别的手部动作变化,同时保证回波强度。去年 3 月,谷歌向美国联邦通信委员会( FCC )申请运行在 57GHz 至 64GHZ 频段的权限。

消息一出,各界哗然,IEEE 802、CO、CCIA 和 FA 等通信机构对谷歌的技术提出了异议,担心超过一定强度的毫米波雷达会干扰同样利用这个频段的飞机设备、通信卫星和 60GHz WiFi。硅谷科技巨头脸书也提交了意见书,担心谷歌的雷达传感器会干扰它的 rragraph 技术。

为了证明跨过这个阻碍,在长达九个月时间里,谷歌提交了大量数据,证明 Soli 雷达不会对其他设备产生严重干扰。与此同时,谷歌还说服脸书,与其就峰值 EIRP 等技术细节达成共识,保证 Soli 雷达参数控制在“合理范围内”,最终说服 FCC 发放最高 13dBm 的 57-64GHz 频段许可。

潜在应用

克服两大关键阻碍以后,Soli 雷达顺理成章与大家见面了。谷歌发布的 Pixel 4 仅仅是 Soli 雷达众多应用中的一个,早在三年前,谷歌尝试过 Soli 雷达在智能手表和上的应用,嵌入 Soli 雷达芯片的 Wear OS 智能手表可以通过外部手势来控制界面;在智能音箱几十厘米外挥手,也可以发送开始/停止播放的指令。

当时,Soli 团队还没能解决 I-Q 不平衡和多普勒镜像伪差等问题,因而智能手表和智能音箱上的演示仅仅用于宣传。今天谷歌正式宣布 Pixel 4 搭载 Soli 雷达,可以说是这项黑科技第一次与消费者见面。

相比其他手势识别技术,Soli 雷达可以更加精确的捕获微小的动作,可以穿透较薄的物体,还不受室外光线影响,因而也拥有了最广阔的应用空间。据说,有一个创业团队已经在利用 Soli 设计全世界最小的小提琴,它能精确捕捉手指的每一点动作然后映射到音符上。车内手势应用也在紧张开发中,不同于红外光手势识别技术,Soli 可以完美解决不同光照环境下传统技术不稳定的问题。此外,3D 密码、3D 扫描与成像、材质探测器都将成为 Soli 雷达的应用方向。相信在不久的将来,我们会看到越来越多采用 Soli 雷达技术的应用出现在我们身边, Soli 雷达带来的“魔术”或许真的能改变世界...


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