【導(dǎo)讀】有研究團隊試圖開發(fā)可攜、可穿戴的多傳感器低功耗空間探索暨障礙物偵測系統(tǒng)，目標是催生一枝嵌入INSPEX系統(tǒng)的導(dǎo)盲杖，配備能提供回饋障礙物位置的3D空間音頻回饋周邊設(shè)備。
一個研究團隊試圖開發(fā)可攜、可穿戴的多傳感器低功耗空間探索暨障礙物偵測系統(tǒng)，催生一枝智能導(dǎo)盲杖...
以傳感器融合(sensor fusion)實現(xiàn)的障礙物偵測技術(shù)，是目前正在開發(fā)的自動駕駛車輛之核心，汽車產(chǎn)業(yè)在該技術(shù)方面的進展迅速，但是否有可能將同樣的傳感器融合技術(shù)整合到可穿戴設(shè)備，讓視障者受惠？
目前有一群研究人員接受了這個挑戰(zhàn)，這是歐洲一項簡稱INSPEX之“整合式智能空間探索系統(tǒng)(Integrated Smart Spatial Exploration System)”研發(fā)計劃的一部分；根據(jù)法國研究機構(gòu)CEA Tech旗下的科技研究所Leti表示，研究團隊試圖開發(fā)可攜、可穿戴的多傳感器低功耗空間探索暨障礙物偵測系統(tǒng)，目標是催生一枝嵌入INSPEX系統(tǒng)的導(dǎo)盲杖，配備能提供回饋障礙物位置的3D空間音頻回饋周邊設(shè)備。
要實現(xiàn)目標，研究團隊必須開發(fā)超越目前自動駕駛車輛水平好幾步的技術(shù)；首先這個任務(wù)的需求包括設(shè)計能適應(yīng)各種天氣與能見度的障礙物偵測系統(tǒng)，也就是能在煙霧、塵埃、霧霾、暴雨/雪以及黑暗中都能運作、對自動駕駛車輛來說并非易事的偵測技術(shù)。
第二，該團隊需要大幅降低該可攜式系統(tǒng)的重量與功耗；第三，或許也是最重要的，則是可靠度。Leti表示，INSPEX系統(tǒng)的潛在應(yīng)用包括無人機與智能制造(組裝設(shè)備、保全設(shè)備)，以及導(dǎo)引視障者：“它會被使用于適合所有環(huán)境的實時性3D偵測，隊障礙物的位置發(fā)出警報──包括室內(nèi)與室外所有未知的固定與移動障礙物。”
INSPEX系統(tǒng)采用各種傳感器技術(shù)，包括光達(LiDAR)、超寬帶(UWB)雷達以及MEMS超音波；該計劃協(xié)調(diào)人、Leti研究總監(jiān)Suzanne Lesecq對EE Times表示，該計劃是由Horizon 2020 (歐盟最大的研究與創(chuàng)新計劃)所贊助，在1月1日正式啟動，期望能在36個月(2019年)能有圓滿結(jié)局。
Lesecq承諾，研究團隊將在2017年12月：“先有第一次的概念驗證...驗證我們的方案；”而預(yù)期中的要素是：“在低功耗微控制器上融合數(shù)種距離感測技術(shù)，建立使用者周遭環(huán)境的地圖。”她提及一種Leti開發(fā)的“Σ融合(sigma fusion)”技術(shù)。
適合所有氣象條件
該偵測系統(tǒng)需要能適用所有氣象條件，Lesecq表示：“這確實是非常大的挑戰(zhàn)，這也是我們?yōu)槭裁创蛩悴捎枚鄻踊木嚯x感測技術(shù)，包括合作伙伴們提供的芯片上光達、MEMS超音波以及UWB射頻雷達。”
她指出：“我們的目標是讓INSPEX系統(tǒng)能在不同的氣象條件(包括雨、雪與沙塵暴)、寬廣的溫度范圍(通常是-20°C~40°C)、還有低能見度(夜間、霧霾等)下運作；環(huán)境感測模塊將有助于根據(jù)不同的環(huán)境狀態(tài)來重新配置系統(tǒng)。”
而考慮到INSPEX系統(tǒng)是需要安裝在導(dǎo)盲杖中，其目標功耗是？對此Lesecq表示：“我們將該行動式偵測設(shè)備的目標功耗訂在500mW；”她坦承這會是非常大的挑戰(zhàn)，因為計劃合作伙伴所提供的距離傳感器實際功耗：“問題實際上也不真的在于功耗本身，而是電池的尺寸，我們會需要確保該系統(tǒng)能一整天順利運作不需要充電。”Lesecq并指出，要打造一款真正好用的行動設(shè)備，其重量比須要盡可能減輕，最好低于200公克(gram)。
預(yù)期將會進駐INSPEX系統(tǒng)的各種距離感測技術(shù)中包括了UWB雷達，它與一般的雷達系統(tǒng)有什么不同？Lesecq解釋：“雷達技術(shù)是以所使用的載波信號波形(carrier signal waveform)來定義，以及其信號之頻譜占用。”
典型的調(diào)頻連續(xù)波(frequency modulated continuous wave，F(xiàn)MCW)雷達，波形是連續(xù)的調(diào)頻──即線性調(diào)頻(chirp)，UWB雷達的波形則是短脈沖，并因此會有占用較大頻譜：“UWB意味著訊號是在3~10GHz頻段，信號帶寬是脈沖載波頻率的至少20%。”
系統(tǒng)配置
Lesecq指出，該系統(tǒng)的第一個原型將會是為視障者量身打造，這種導(dǎo)盲杖預(yù)計能在2018年12月問世：“配備整合于原型中的所有測距技術(shù)。”
除了導(dǎo)盲杖之外，要讓整個系統(tǒng)能為用戶順利運作，還需要其他哪些周邊設(shè)備？更重要的是，其中會用到那些技術(shù)？Lesecq解釋，障礙物的位置會是透過一種配備擴增實境3D音頻接口的外掛式耳機來提供：“這種耳機將與智能手機連結(jié)，而手機則是透過藍牙低功耗技術(shù)與移動式偵測設(shè)備通訊；”如下圖所顯示分成三種設(shè)備的整體解決方案。
第一， 移動偵測設(shè)備會整合研發(fā)計劃伙伴提供的數(shù)種距離感測技術(shù)(如前面提到的芯片上光達、MEMS超音波以及UWB雷達)，這需要在計劃期間進行優(yōu)化，以符合功耗預(yù)算；這些距離感測技術(shù)的選擇，取決于該行動式偵測設(shè)備在不同環(huán)境(溫濕度、亮度與能見度)與特殊情況(路面坑洞、階梯)下偵測眾多不同障礙物之性能。
其他兩種設(shè)備則包括智能手機以及耳機；具體來說，針對這種應(yīng)用，將以耳外式耳機整合擴增實境音頻接口(Augmented Reality Audio Interface)以提供空間3D聲音回饋；這種回饋會把由耳機中內(nèi)建的姿勢與航向參考系統(tǒng)(AHRS)追蹤的頭部姿勢納入考慮。
情境感知(Context-aware)通訊則將把用戶與智能環(huán)境整合，例如智能交通號志、導(dǎo)航信標以及與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的ID卷標；Lesecq還指出，用戶的行動偵測設(shè)備也能整合地圖繪制(mapping)應(yīng)用程序。
參與INSPEX系統(tǒng)研發(fā)項目成員除了Leti還包括歐洲的多所大學(xué)與研究機構(gòu)；Lesecq表示最終原型將在2019年9月完成，提供給視障者在實際生活情況中進行評估。
