시끄럽고 혼잡한 환경에서 제스처 인식을 비접촉 인터페이스로 손쉽게 추가

팬데믹 이전에도 제스처 인식은 게임 플랫폼, 자동차 및 의료 수술실뿐만 아니라 시각 장애인을 위한 보조 도구로서 매력이 있었습니다. 공용 공간에서 위생이 강조되고 공용 터치 인터페이스를 최대한 피하게 되면서 제스처 인식에 대한 매력이 더욱 커졌습니다.

이러한 변화로 엔지니어는 한 과제에 직면했습니다. 바로, 많은 기술이 대규모 인적 상호 작용을 필요로 하지만, 신체 접촉을 꺼려 적극적으로 피하게 된다면 상호 작용을 유지하는 데 어려움이 있다는 것입니다. 비접촉 인터페이스 기술은 이에 대한 솔루션을 제공합니다.

근접 터치 스크린(손가락을 가까이 이동하지만 실제로 스크린을 터치하지 않음), 안구 추적, 단거리 무선, 음성 인식과 같은 몇 가지 비접촉 방법이 이미 사용되고 있습니다. 하지만 이러한 다양한 기술은 감염 통제가 항상 우려되는 의료 시설, 작업자가 상시 장갑을 착용하는 산업용 작업 영역, 강화된 보안이 필요한 승인된 액세스 포인트와 같은 전문 응용 분야로 제한됩니다. 대부분의 다른 응용 분야에서는 터치 패널을 장착하는 것이 더 간단하고 경제적입니다.

비접촉 인터페이스는 상대적으로 틈새시장 기술이므로 개발이 느리고, 솔루션이 투박하며, 대규모 사용에 적합하지 않은 경향이 있었습니다. 팬데믹이 혁신적인 비접촉 인터페이스 제품의 새로운 유행을 위한 촉매제를 제공했으며, 일부 제품은 도심, 호텔 로비 등 혼잡한 대로나 시끄러운 공용 공간에서의 적합성을 입증했습니다.

비접촉 제스처 인식을 사용하는 이유

비접촉 기술은 저마다 장점이 있지만, 비접촉 제스처 인식은 공공 장소에서 대규모 사용에 가장 적합합니다. 이 기술을 활용하면 근접 솔루션이 필요한 경우에 손가락을 주의해서 사용하거나, 단거리 무선 솔루션에 요구되는 터치 카드 또는 전자 열쇠를 휴대하거나, 혼잡한 지역에서 음성 인식을 사용할 때 주변 소음을 극복하기 위해 큰 소리로 말할 필요가 없습니다. 또한 제스처 인식은 구현하기가 상대적으로 간단하고 경제적이며 우수한 신뢰성을 제공합니다.

비접촉 제스처 인식 시스템은 손짓, 스와이프와 같은 신체 움직임을 감지한 다음 지시 또는 명령으로 해석합니다. 이 방법은 카메라나 가시광선 또는 적외선(IR) 광센서를 사용하여 공기를 통해 손의 움직임으로 인한 빛의 차이를 감지하여 작동합니다.

몇 번의 설계 주기로 새로운 설계를 고안하고 실행할 수 있지만, 설계자는 처음부터 시작할 필요가 없다는 것을 알아야 합니다. 예를 들어 Analog Devices는 경제적인 제스처 인식 시스템에 유용한 참조 설계를 제공합니다. EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod 평가 기판은 두 IR 센서가 움직이는 손의 반사를 찾는 동안 IR 펄스를 전송합니다(그림 1). 그런 다음 참조 설계에서 이 빛을 감지하여 물체의 위치에 따라 응답을 생성합니다.

그림 1: EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod 평가 기판은 실험 또는 새로운 설계에 유용한 시작점이 됩니다. IR LED는 두 IR 센서가 움직이는 손의 반사를 찾는 동안 펄스를 전송합니다. (이미지 출처: Analog Devices)

손 제스처 추적

시스템이 비접촉 인터페이스 주변의 어느 위치에서 손이 움직이고 있다는 것을 아는 것만으로는 충분하지 않습니다. 대부분의 시스템에서 잘못된 트리거를 방지하려면 손 움직임에 대한 정의된 패턴이 필요합니다. 일반적인 손 움직임 패턴에는 제스처 시작 감지, 제스처 중 손 움직임 추적, 제스처 종료 식별이 포함됩니다.

제스처 센서 평가 기판은 Analog Device의 ADPD2140 IR 광각 센서를 통해 움직이는 손의 입사광을 선택하여 이 요구 사항을 충족합니다. 단일 장치에서 IR 조명의 입사광에 대한 2축 단일 지점 측정을 수행한 다음 여러 장치를 함께 작동하여 거리를 3각 측량할 수 있습니다. IR 광각 센서는 넓은(±35°) 시야각 내에서 선형 응답을 유지하므로 손의 부정확한 정렬을 용납하지 않습니다.

ADPD2140 IR 광각 센서를 사용할 때의 다른 주요 장점은 가시광선을 정교하게 차단하는 광학 필터가 내장되어 있다는 것입니다. 따라서 외부 렌즈가 필요하지 않으며, 태양광이나 실내 조명에 배치되더라도 센서의 작동 범위가 유지됩니다. 이 필터는 파장이 800nm인 조명에 맞게 설정되므로, IR 펄스를 생성하는 LED에서 제스처를 식별하려면 이 파장을 초과하는 빛을 방출해야 합니다. 예를 들어 참조 설계에서 단일 850nm 방출기가 IR 광원 역할을 합니다. 광원은 첫 번째 센서에서 6mm, 두 번째 센서에서 19mm 거리에 배치됩니다(그림 2).

그림 2: EVAL-CN0569-PMDZ 참조 설계에서 단일 850nm 방출기가 IR 광원 역할을 합니다. 광원은 첫 번째 센서에서 6mm, 두 번째 센서에서 19mm 거리에 배치됩니다. (이미지 출처: Analog Devices)

조명 끄기

주차권 디스펜서와 같은 응용 분야에서는 센서 앞에서 손을 움직이면 기계가 작동합니다. 하지만 다른 응용 분야에서는 필요한 작업을 수행하기 위해 별도의 손 움직임이 필요할 수 있습니다. 예를 들어 비접촉 조명 스위치에서 조명을 켜려면 손을 위로 스위핑하고 조명을 끄려면 아래로 스위핑해야 합니다.

참조 기판에서는 두 센서를 사용하여 각 센서의 감지 콘으로 이동하는 손의 움직임을 확인할 수 있습니다. 더욱이 센서는 손의 움직임 종류를 파악할 수 있습니다. 예를 들어 위로 스위칭하는 손을 추적하고 아래로 스위칭하는 동작과 쉽게 구별할 수 있습니다(그림 3).

그림 3: 평가 기판의 IR 센서에서 감지되는 '위로' 움직였다가 '아래로' 움직이는 손의 각위치 가로 방향 각운동(XSTART1 > XEND1 및 XSTART2 > XEND2(파란색))이 제한되는 방식에 유의하십시오. 세로 방향 각운동(YSTART1 > YEND1 및 YSTART2 > YEND2(자주색))에서 손을 위로 움직이면 각위치가 증가하고 손을 아래로 움직이면 각위치가 감소합니다. (이미지 출처: Analog Devices)

다음 단계에서는 기판을 컴퓨터에 연결하고 특정 제스처가 화면에 어떻게 표시되는지 관찰합니다. 그런 다음 연결된 개발 플랫폼 내에서 각 제스처를 코딩하여 비접촉 인터페이스에 특정 기능을 수행하도록 지시할 수 있습니다.

결론

설계자가 전자 시스템을 조작하는 위생적인 방법에 관심을 가지게 되면서 비접촉 제스처 인식은 시끄럽고 혼잡한 공공 장소에 유용한 인터페이스 옵션이 되었습니다. 위에서 살펴본 바와 같이 처음부터 시작할 필요는 없습니다. 대신 EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod 평가 기판을 사용하여 손 움직임뿐만 아니라 특정 제스처도 감지할 수 있는 상대적으로 경제적인 IR LED 및 센서 설계로 시작하십시오.