Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO MÔN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ THÔNG MINH _ Đề tài:Nhận dạng cử chỉ sử dụng cảm biến sóng mm cho giao diện ngườixe LỜI MỞ ĐẦU Bài báo cáo này trình bày chi tiết sự phát triển của kỹ thuật nhận dạng cử chỉ sử dụng cảm biến radar sóng mm để điều khiển tính năng trên xe hơi. Nhận dạng cử chỉ đang trở thành một hình thức tương tác giữa người và máy tính nổi bật hơn và có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để cung cấp một giao diện điều khiển an toàn và trực quan sẽ hạn chế sự phân tâm của người lái xe. Bài này sử dụng cảm biến radar sóng mm 60 GHz để phát hiện các đặc điểm chính xác của các chuyển động nhỏ. Các tính năng cử chỉ cụ thể được trích xuất và sử dụng để xây dựng một công cụ học máy có thể thực hiện nhận dạng cử chỉ trong thời gian thực. Báo cáo này thảo luận về các yêu cầu của người dùng và các hạn chế về môi trường trong xe đã ảnh hưởng đến các quyết định thiết kế. Kết quả chính xác của kỹ thuật được trình bày, và các khuyến nghị để nghiên cứu và cải tiến thêm được thực hiện.
LỜI MỞ ĐẦU Bài báo cáo trình bày chi tiết phát triển kỹ thuật nhận dạng cử sử dụng cảm biến radar sóng mm để điều khiển tính xe Nhận dạng cử trở thành hình thức tương tác người máy tính bật sử dụng ngành công nghiệp ô tô để cung cấp giao diện điều khiển an toàn trực quan hạn chế phân tâm người lái xe Bài sử dụng cảm biến radar sóng mm 60 GHz để phát đặc điểm xác chuyển động nhỏ Các tính cử cụ thể trích xuất sử dụng để xây dựng cơng cụ học máy thực nhận dạng cử thời gian thực Báo cáo thảo luận yêu cầu người dùng hạn chế môi trường xe ảnh hưởng đến định thiết kế Kết xác kỹ thuật trình bày, khuyến nghị để nghiên cứu cải tiến thêm thực CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SĨNG RADAR I.1.Tổng quan -Trong ngành cơng nghiệp tơ, hệ thống thơng tin giải trí dành cho xe cộ ngày phổ biến phức tạp nhiều năm qua Các nhà sản xuất xe phổ thông cung cấp tới 700 tính giải trí kiểm sốt mơi trường cho người lái hành khách để thao tác Tuy nhiên, chức tăng lên phương tiện làm tăng khả gây tập trung cho người lái xe Chính nguyên nhân gây tập trung người lái xe phân loại trường hợp thị giác, nhận thức thính giác Các nghiên cứu tất yếu tố trực quan thủ công Sự phân tâm kết hợp có ảnh hưởng nhiều đến việc lái xe hiệu suất Báo cáo trình bày hệ thống phát cử sử dụng cảm biến radar sóng mm để tương tác trực quan người phương tiện (HVI) Nhiều kỹ thuật xử lý cảm biến cử khác phát triển năm gần Phát cử trước hệ thống sử dụng cảm biến dựa camera (IR, màu sắc, v.v.) Loại sử dụng cảm biến CCD CMOS camera thông thường có gắn thêm đèn LED hồng ngoại Loại hoạt động dải sóng có bước sóng từ 700-5500 nm., độ sâu cảm biến dựa cảm biến đeo găng tay nhúng Công nghệ theo dõi 3D [2-11] Hình 1.1 Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm đáng kể ảnh hưởng đến khả sử dụng chúng Dựa máy ảnh cảm biến dễ bị thay đổi ánh sáng, màu sắc, có chi phí tính tốn cao xử lý hình ảnh rộng rãi Cảm biến dựa độ sâu tốt việc phát thay đổi vị trí, nhiên chúng khơng thể phát hướng bàn tay cụ thể hình dạng Cơng nghệ đeo ảnh hưởng đến tác vụ khác người dùng thực sống hàng ngày giới hạn đầu vào hệ thống cho mặc thiết bị đầu vào Ngoài ra, chúng tơi tin cảm biến radar trình bày hệ thống khả thi giải pháp Radar không bị ảnh hưởng thay đổi ánh sáng thay đổi bên tơ phát hướng bàn tay ngón tay cụ thể với độ xác Hệ thống radar mơ tả báo cáo cung cấp theo thời gian thực,kiểm soát tính giải trí khơng cần có tầm nhìn cho người lái hành khách khơng có thiết bị đeo được, giảm nguy tập trung người lái xe cho phép nhiều người dùng nhập Công việc trước thực ô tô cảm biến cử kết hợp radar tầm ngắn, độ sâu thời gian bay cảm biến máy ảnh màu để phát cử Hệ thống sử dụng radar kênh FMCW 25GHz kết hợp với camera dựa liệu để phát mạng neural phức hợp cho phần nhận dạng thời gian thực Để so sánh, hệ thống trình bày sử dụng radar 60GHz cho độ phân giải không gian tốt ngẫu nhiên Thuật toán phân loại vùng để nhận dạng thời gian thực I.2 Cảm biến radar -Cảm biến radar cảm biến (hay gọi cảm biến vi sóng) hoạt động dựa hiệu ứng doppler, tần số 5.8 Ghz 10m nhận tín hiệu người chuyển động qua cho tín hiệu phản hồi lại Hình 1.2 I.3.Ngun lý hoạt động cảm biến radar Đối với cảm biến radar không tiếp xúc ta việc cấp nguồn 24V cho thiết bị đo mức radar Lập tức thiết bị phát tia sóng vơ hình mà khơng nhìn thấy Mà nghe tiếng sóng tách tách va vào chất lỏng Chất lỏng dâng tới đâu cảm biến chuyển đổi khoảng cách cảm biến chất lỏng thành tín hiệu dịng áp tăng lên đến Hình 1.3 I.4.Phân loại cảm biến Radar -Đối với phương pháp đo mức liên tục Radar tròng phương pháp đo hiệu với độ xác cao Cảm biến Radar có loại: cảm biến đo mức Radar không tiếp xúc tiếp xúc *Cảm biến đo mức Radar không tiếp xúc +Ưuđiểm: -Radar không tiếp xúc cho phép đo trực tiếp từ xuống đo khoảng cách đến bề mặt Nó đo chất lỏng, bùn số chất rắn mà không cần tiếp xúc Độ xác phép Radar khơng bị ảnh hưởng thay đổi áp suất, nhiệt độ,độ nhớt, bọt bụi Có thể bảo trì dễ dàng, cách ly khỏi q trình (process) màng bảo vệ PTFE seal van.Dùng môi trường bẩn hay ứng dụng ăn mòn độc hại, hydrocacbon.Có nhiều đơn vị đo khác nhau: m,mm, cm, inch, %, Ft, mA) Cho biết sóng tín hiệu bên silo Có thể lắp đặt khơng gian hẹp, cảm biến Radar tiếp xúc khơng Độ bền cao so với cảm biến Radar dạng tiếp xúc +Nhược điểm: -Cần phải lắp đặt tốt, cần có khoảng khơng gian phía trước cảm biến khơng bị cản trở, không bị hạn chế ông lắp đặt -Các vật cản bồn như: đường ống, máy khuấy tăng cường gây tín hiệu phản hồi sai -Phép đo cảm biến radar bị ảnh hưởng bọt Radar có xu hướng không phản xạ với môi trường giao động mạnh có bọt nhẹ thống Bởi hiểu bọt mức chất lỏng -Sóng Radar khơng tiếp xúc bị ảnh hưởng bề mặt chất lỏng, chất lỏng dao động sóng tín hiệu đưa khơng xác bề mặt sóng âm bị phân tán *Cảm biến đo mức Radar tiếp xúc +Ưu điểm: -Có phép đo với độ xác gần tuyệt đối -Thời gian đáp ứng nhanh -Không phụ thuộc vào mơi chất cần đo -Có thể sử dụng tất mơi trường -Có độ xác cao so với loại Radar không tiếp xúc +Nhược điểm: -Phải lắp đặt bồn chứa dọc theo thành tank chứa để đo xác Trong trường hợp khơng cho lắp trực tiếp phải lắp từ xuống không cho tiếp xúc với chất lỏng -Do đo dạng tiếp xúc nên không dùng mơi trường ăn mịn -Kích thước lớn nên thường gặp khó khăn lắp đặt vận chuyển so với radar không tiếp xúc -Không thay đổi dãy đo I.5.Ưu điểm cảm biến Radar -Không bị ảnh hưởng nhiệt độ môi trường -Không bị ảnh hưởng vật cản -Tầm suất hoạt động rộng (hoạt động tốt bán 6-8m) -Khơng giới hạn góc qt -Khơng có điểm chết I.6 Nhược điểm cảm biến Radar -Tất cảm biến có ưu nhược điểm riêng loại Chỉ loại loại vài điểm mà Tùy theo nhu cầu sử dụng người dùng mà họ lựa chọn loại cảm biến phù hợp - Còn người biết đến cảm biến Radar - Có điểm chết đo điểm cận cận - Giá thành cao so với cảm biến siêu âm I.7 Ứng dụng cảm biến radar -Ưu điểm đặc biệt phụ kiện quy trình nhỏ cho tàu nhỏ không gian chật hẹp Việc tập trung tín hiệu tốt cho phép sử dụng silo lớn tàu có nhiều cài đặt bên -Cảm biến radar để đo khối lượng chất rắn không tiếp xúc: từ mịn đến thô, từ bụi bẩn đến bụi môi trường bụi bặm -Cảm biến radar ghi điểm lớn với phạm vi đo rộng độ xác ứng dụng lớn nhỏ: hầm, container, silo Ngay cài đặt nội khơng có ảnh hưởng đến kết đo -Cảm biến radar không tiếp xúc lý tưởng để sử dụng lĩnh vực khác -Chẳng hạn vật liệu xây dựng, đá, cốt liệu xi măng Cũng để sử dụng ngành hóa chất, quản lý nước thải tái chế CHƯƠNG II HỆ THỐNG CẢM BIẾN SÓNG RADAR CHO GIAO DIỆN NGƯỜI VÀ XE II.1.Phương thức nhận dạng phát cử cấu tạo -Sử dụng cảm biến radar không dây để phát nhận dạng cử cung cấp số lợi so với hệ thống khác sử dụng Các nhà sản xuất ô tô cung cấp hình cảm ứng, giọng nói điều khiển, kết nối điện thoại Bluetooth phương pháp khác kiểm sốt thơng tin giải trí Các giao diện yêu cầu nhập tay xúc giác chẳng hạn hình cảm ứng yêu cầu lượng nhỏ ý trực quan để điều hướng, khiến người lái xe không rời mắt khỏi đường Điều khiển giọng nói khơng u cầu điều khiển tay trực quan, nhiên ô tô môi trường ồn với âm nhạc điều khiển giọng nói khơng lựa chọn khả thi Như nói đến trước đó, có số hệ thống khác để phát cử tư trình phát triển sử dụng IR độ sâu máy ảnh để cảm biến, nhiên máy ảnh bị ảnh hưởng ánh sáng điều kiện trở ngại trường nhìn Ngồi ra, vấn đề quyền riêng tư tuân thủ người dùng phát sinh máy ảnh sử dụng Radar thuận lợi khơng bị ảnh hưởng ánh sáng âm mơi trường, nhúng vào thiết bị, có độ phân giải, cung cấp nhận dạng thời gian thực không yêu cầu ghi hình ảnh người dùng Trong phần này, sử dụng tần số 60GHz điều chế liên tục cảm biến radar bước sóng mm (FMCW) -Phần cứng cảm biến bao gồm chip radar 8mmx11mm với hai Tx bốn Rx ăng-ten hiển thị Hình -Bảng radar lắp bên xe Công nghệ Học máy sử dụng để ghi lại ký hiệu radar tay cử (như Hình a b), II.2.Nguyên lý hoạt động -Mơ hình cách sử dụng thuật tốn phân loại vùng sau thực nhận dạng cách sử dụng mơ hình Bộ phân loại vùng ngẫu nhiên sử dụng tỷ lệ thành cơng sớm nêu Các tính nhận tín hiệu xử lý dễ dàng truy cập để thao tác Ngôn ngữ C Các tính sử dụng dự án phạm vi, gia tốc, tổng lượng, lượng di chuyển, vận tốc, phân tán vận tốc, không gian phân tán, thành phần lượng mạnh nhất, số chuyển động Hình Hình ảnh đánh dấu thời gian tiến trình cử với phạm vi tiến trình ký hiệu -Mỗi cử gán số phân loại, sau hai mươi số cử ghi lại đánh dấu thời gian để thu thập liệu 20 mẫu ghi lại gán phân loại, hệ thống nhận xác thiếu cử Các liệu thu thập sau sử dụng để tạo phân loại vùng ngẫu nhiên, cho phép nhận dạng thời gian thực cử tương lai Các thông số phân loại vùng ngẫu nhiên thiết lập sau: Kích thước vùng = 10 Độ sâu tối đa vùng = 10 Mẫu tối thiểu vùng = 50 Số lượng tối thiểu phân loại = 30 Kích thước đệm phân loại = 50 -Tăng số thao tác phân loại tăng tính mạnh mẽ thay đổi tỷ lệ số lượng tối thiểu phân loại với phân loại kích thước đệm thay đổi độ xác nhận dạng Tỷ lệ 3: số lượng tối thiểu phân loại kích thước đếm phân loại đảm bảo phân loại xảy 30 số 50 mẫu tối thiểu yêu cầu phải xếp loại Quy mô vùng độ sâu vùng hai đặt thành 10 để đảm bảo đủ quy mô vùng thao tác trung bình độ sâu để phân loại, đồng thời giảm thiểu chi phí tính tốn hệ thống II.3.Vị trí đặt cảm biến -Các ràng buộc cụ thể môi trường người dùng xem xét thiết kế hệ thống cử để đảm bảo khả sử dụng mạnh mẽ Nội thất xe phức tạp mặt không gian tạo thách thức phát cảm biến Nếu đặt gần để phát đối tượng, chẳng hạn cần số, thường nhận dạng sai không nhận cử lĩnh vực Đặt cảm biến đâu phần lớn chùm tia radar lan truyền vào không gian trống ghi lại trường hợp mạnh mẽ giảm thiểu phát đối tượng xác định đối tượng xâm nhập vào trường mục tiêu Không gian ràng buộc, kết hợp với ràng buộc khơng gian vị trí người dùng, dẫn đến vị trí cảm biến bảng điều khiển trung tâm (để sử dụng phía trước hành khách ngồi người lái xe) lưng ghế trước (cho hành khách ngồi ghế sau sử dụng) Chùm trường trải rộng hướng lên không gian trống, nơi hành khách có chuyển động tự nhiên xảy Với hai vị trí (như Hình 3), radar nằm tầm tay thoải mái cho tất hành khách Hình Cho thấy hai vị trí cảm biến radar, (a) cho trình điều khiển hành khách ngồi ghế trước, (b) cho hành khách ngồi ghế sau II.4.Kết nối với Hệ thống tính xe -Khi cử phát hiện, số phân loại thêm vào nội dung yêu cầu ĐĂNG Yêu cầu ĐĂNG sau gửi đến Điện thoại Android (được ghép nối với ô tô kiểu ô tô cũ hơn) tơ Android hệ thống (có sẵn mẫu ô tô hơn), hoạt động máy chủ, phân tích cú pháp yêu cầu POST cho số phân loại Android tảng sau phân tích cú pháp yêu cầu để nhận số phân loại -Mỗi số phân loại liên kết với số hành động,hệ thống sau thực hiện, sử dụng ý định Android cho điện thoại hành động API Spotify cho hành động phương tiện Điều cho phép hai phát trực tuyến âm qua loa ô tô việc sử dụng hệ thống tính giải trí xe vật lý để hiển thị thông tin liên quan A đại diện trực quan tồn hệ thống nhìn thấy Hình Hình Cho thấy sơ đồ hệ thống từ nhận dạng cử đến đầu thơng tin giải trí II.5 Thiết kế Bộ cử -Nhu cầu trình điều khiển đặc điểm hệ thống lưu ý thiết kế cử Tần số 60 GHz cảm biến sử dụng thiết kế để phát chuyển động nhỏ, với không gian độ phân giải tốt đến 0,3mm, cải tiến lớn so với Độ phân giải phạm vi 3,75cm hệ thống radar 25GHz -Điều cho phép radar 60GHz có độ xác độ xác cao hơn, dấu chân nhỏ cho phép tạo khác biệt không gian thời gian sử dụng để làm cho cử phân biệt với Thực dụng việc triển khai hệ thống lệnh cho việc sử dụng cử với biên độ lỗi lớn để tạo phân tâm người lái xe Bằng cách tạo vùng không gian lớn cho cử thực cử tốc độ khác nhau, người lái xe có nhiều chỗ cho việc khơng xác cử cần dành tài nguyên hình ảnh cho chuyển động Thiết kế cử mạnh mẽ cho phép nhiều người dùng để vận hành hệ thống, dễ chịu với không gian tự nhiên biến thể theo thời gian người dùng chuyển động cử khác thiết kế xe khác -Hai video trình diễn hệ thống nơi làm việc ghi lại để làm chứng cho hệ thống khái niệm, chi tiết chúng hiển thị Bảng Chỉ chức điện thoại danh sách nhạc chức hệ thống thơng tin giải trí xe bao gồm video trình diễn, nhiên hệ thống kiểm sốt nhiều Càng nhiều cử trực quan tốt liên quan đến chức tương ứng sử dụng để giới hạn tải nhận thức người dùng Sử dụng dấu hiệu phổ biến cử số điện thoại 1, giúp cử dễ nhớ lại tự nhiên biểu diễn Hệ thống thơng tin giải trí xe thường sử dụng chức menu để điều hướng xếp tất tùy chọn kiểm soát, cho phép sử dụng lại số cử Các cử giống sử dụng tất menu cho quay lại, chuyển tiếp, chọn, v.v., cung cấp chức mở rộng cho người dùng giới hạn số lượng cử họ cần nhớ lại Chỉ cử sử dụng để chọn menu để truy cập (tức danh sách liên hệ, đồ, nhạc, v.v.) khơng tái sử dụng Việc sử dụng lại cử làm tăng độ xác hệ thống, tùy chọn phân loại hiển thị để tăng độ xác nhận biết sử dụng phân loại rừng ngẫu nhiên II.6 Kiểm tra hệ thống -Đối với hành động, cử ghi lại cá nhân để quay phim hành động Mất thời gian đáng kể để ghi lại với cá nhân, nhiên cử tạo cá nhân khơng hoạt động cho người dùng khác Ghi với nhiều cá nhân nắm bắt biến đổi không gian thời gian tự nhiên giới thiệu với người dùng để tạo hệ thống Hai cử khác bao gồm ba cử ghi lại nhiều cá nhân để kiểm tra hiệu suất với biến thể người Năm cá nhân sử dụng để ghi lại cử thiết lập, cá nhân ghi 20 cử Bộ cử sau kiểm tra năm người ghi ba cá nhân làm không ghi lại, kết thể Bảng Để kiểm tra, người thực động tác 30 lần độ xác phần trăm ghi lại Trước thử nghiệm hệ thống, tất người tham gia có hội để thực hành tìm phạm vi tốc độ xác cử Hướng dẫn cung cấp trình thực hành để đảm bảo cử thực xác; kết phản ánh người dùng độ xác với hiểu biết sâu sắc chuyển động Các khả học cử người tham gia không đánh giá nên khám phá thêm để đánh giá khả học cử cung cấp hướng dẫn văn video Hệ thống thực trung bình 90% độ xác cho tất cử Các cử có độ xác thấp cử quy cho lỗi người; hai có nhiều thời gian khơng xác ghi âm Bộ cử cho thấy độ xác giảm nhẹ từ máy ghi âm đến người dùng, quy cho khơng gian Hình thiết kế cử Bộ cử có nhiều vùng không gian khác biệt cho cử chỉ, vùng khơng gian cho nhóm cử có số chồng chéo lên nhau; người ghi lại cử quen thuộc với vùng không gian người dùng không ghi lại Để cải thiện độ xác hệ thống nên sử dụng nhiều người tham gia để ghi lại, với người tham gia ghi lại nhiều cử Nó có giá trị để phân phối đồng cử kiểm tra ghi lại thay hồn thành tất mẫu cho cử lúc; quan sát người tham gia mệt mỏi giới thiệu biến thể không cử thực tự nhiên lần CHƯƠNG III KẾT LUẬN Chúng tơi trình bày hệ thống phát cử sử dụng sóng mm radar để kiểm sốt thơng tin giải trí xe cộ Các cử thiết kế để phân biệt radar, trực quan dễ nhớ người dùng phù hợp với ràng buộc môi trường Quyết định cụ thể tạo để tối đa hóa dễ sử dụng người lái xe; kiểm tra thêm nên thực để xác nhận định thiết kế khả sử dụng Trình diễn hệ thống sử dụng quay phim trình bày để giới thiệu việc sử dụng cử trực quan ,dễ sử dụng cho người lái xe hành khách, việc sử dụng vùng không gian lớn để nhận diện mạnh mẽ Các độ xác hệ thống thử nghiệm với nhiều người dùng; tìm thấy liên quan đến nhiều người tham gia ghi cử tăng độ xác mạnh mẽ Trong tương lai, cần có nghiên cứu để xác định tối ưu hóa đầu vào yêu cầu người dùng để đào tạo hệ thống giai đoạn