Embedded-Systeme & Mikrocontroller Mit Gesten zum Erfolg

Das Wischen als Bedienungsmöglichkeit moderner Elektronikgeräte war gestern, wildes Gestikulieren liegt im Trend - also das berührungslose Interagieren mit Displays, Tablets, Smartphones & Co. Ein Gerät, das mit Gesten- beziehungsweise Bewegungserkennung arbeitet, ist Kinect, eine Hardware, mit der man die Videospielkonsole Xbox 360 steuern kann und die es seit Ende 2010 zu kaufen gibt. Kinect ist eine Gemeinschaftsentwicklung von Microsoft und der Firma PrimeSense, einem Hersteller aus dem 3D-Erkennungssektor. Diese neue Art der Steuerung macht eine Kombination aus einem 3D-Sensor, einer Farb- kamera, vier Array-Mikrofonen zur Audioortung und Software möglich. Dabei kann man ein Spiel mittels Bewegungen der Hände, Arme und Beine, ja des ganzen Körpers, sowie über die Sprache steuern.

Besonderes Shoppingerlebnis dank Kameras

Ebenfalls per Gesten lässt sich das so genannte Interactive Shop Window des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, bedienen. Zum Einsatz kommen kann es nach Aussagen der Wissenschaftler zum Beispiel im Einzelhandel. Die Entwicklung aus dem Hause Fraunhofer soll es ermöglichen, Waren hinter Schaufenstern mit einfachen Gesten auf ein Display zu holen. Und so funktioniert dieses besondere Shoppingerlebnis: Vier kleine Kameras erfassen kontinuierlich die 3D-Positionen von Händen, Gesichtern und Augen. Eine Bildverarbeitungssoftware berechnet die Koordinaten und wandelt sie in entsprechende Eingaben um. So lassen sich Waren auswählen, im Detail betrachten und sofort kaufen - auch außerhalb der Öffnungszeiten. Interessierte können sich zudem Produktinformationen wie Herstellerangaben, Farbe, Material, Preis und Verfügbarkeit anzeigen lassen. Zwei der vier Stereokameras erfassen Gesicht und Augen, die anderen beiden nehmen die Handbewegungen auf. Die Bildbearbeitung erkennt sowohl Gesten wie das Drehen einer Hand als auch den Fingerzeig auf Buttons, die auf dem Monitor zu sehen sind. Dabei erkennt das System nicht nur, wie viele Personen vor dem Schaufenster stehen, sondern stellt auch auf Basis der gesammelten Daten fest, für welche Produkte und Informationen sich die Passanten besonders interessieren. Somit sind auch individuelle Begrüßungstexte auf dem Display möglich. Das Interactive Shop Window ist zu allen möglichen Displays kompatibel, so die Fraunhofer-Forscher. Man ist also frei in der Wahl des Monitors und kann sich für Plasma-, LED-, LCD-, Projektions- oder Rückprojektionsbildschirm entscheiden.

Gestenerkennung für batteriebetriebene Geräte

Eine andere Möglichkeit der Gestenerkennung - ganz ohne Kamera - eröffnet Microchip mit seinem 3D-Gestencontroller mit der Typenbezeichnung MGC3130. Der konfigurierbare, E-Feld-basierte Baustein mit GestIC-Technologie soll Handpositionen schnell, präzise und stabil erfassen. Seine Leistungsaufnahme von 150 Mikrowatt im aktiven Erkennungsmodus und Dauerbetrieb machen ihn geeignet für den Einsatz in batteriebetriebenen Anwendungen, in denen das Energiebudget sehr eng bemessen ist. Nach Aussagen des Herstellers liegt der Energieverbrauch dieses Controllers gegenüber kameragestützter Gestenerkennung um bis zu 90 Prozent niedriger.

Handy mit einer Handbewegung aufwecken

Die vom Anbieter versprochene hohe Gestenerkennungsrate, wie sie in heutigen Consumergeräten für intuitive und natürliche menschliche Gesten gefordert ist, wird durch die Colibri Suite genannte On-Chip-Bibliothek ermöglicht. Sie kombiniert ein Hidden-Markov-Model mit x/y/z-Vektoren der Handposition, um dem Designer einen zuverlässigen Satz an erkannten 3D-Hand- und Fingergesten zur Verfügung zu stellen. Die Beispiele sollen dabei von Wecken bei Annäherung über Positionsverfolgung bis hin zu Wisch-, Kreis- und Symbolgesten reichen, um Funktionen wie ein/aus, Anwendung öffnen, zeigen, klicken, zoomen, scrollen, Mouseover-Effekt und weitere auszulösen. Mit der Bibliothek kann der Designer nicht nur die Produktvorlaufzeit verkürzen, sie reduziert auch das Entwicklungsrisiko durch einfache Anpassung ihrer Systembefehle an den umfangreichen Satz des Herstellers an vorher festgelegten und bewährten Gesten.

Für Interaktion im Nahbereich

Die GestIC-Technologie arbeitet mit Sensorelektroden aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material, wie Leiterbahnen auf Leiterplatten oder der Indium-Zinnoxid-Beschichtung von Berührungssensoren, um eine unsichtbare Integration in einem Gehäuse zu ermöglichen. Zusätzlich bietet diese Technologie Unternehmensangaben zufolge 100 Prozent Oberflächenabdeckung und verhindert so tote Winkel im „Sichtfeld“, wie sie in anderen Technologien vorkommen können. Der GestIC-Chip baut ein dreidimensionales elektrisches Feld auf und ermittelt dann die Störungen, die beim Durchfahren des Feldes zum Beispiel mit der Hand entstehen. Daraus werden die konkreten Befehle wie links, rechts oder auf und ab erkannt. Mit einem Erkennungsabstand von bis zu 15 cm ist der 3D-Gestencontroller für Anwendungen geeignet, in denen die Interaktion zwischen Anwender und Eingabegerät im Nahbereich stattfindet. Als mögliche Anwendungen seiner Technik gibt Microchip Eingabegeräte wie Tastaturen im Industrie- oder Unterhaltungselektronikbereich an. Aber auch für Oberflächen, die etwa aus hygienischen Gründen nicht berührt werden sollen (zum Beispiel im Medizinumfeld), oder in Bereichen, die per Touchscreen schlecht zugänglich sind, kommt ein Einsatz dieser Technik in Frage.

Auflösung von 150 dpi

Neben den bereits erwähnten Eigenschaften hat der MGC3130-Baustein laut Microchip noch folgende Merkmale zu bieten:

Mausähnliche 150-dpi-Auflösung mit 200 Hz Abtastrate zur Erkennung sehr schneller Hand- und Fingerbewegungen, rauscharme analoge Eingangsstufen für die hochgenaue Auswertung der Sensoreingänge, automatische Selbstkalibrierung für anhaltende Genauigkeit über die Produktlebenszeit, 32-Bit-Digitalsignalverarbeitung für Echtzeitverarbeitung von x/y/z-Positionsdaten, integrierter Flash-Speicher für einfache Aktualisierung bereits im Feld eingesetzter Produkte sowie 70- bis 130-kHz-E-Feld mit Frequenzsprungverfahren zur Vermeidung von HF-Interferenzen und Einflüssen durch Licht- und Audiobeeinflussung.

Zusätzlich zu seinem 3D-Gestencontroller bietet das Unternehmen das Sabrewing-MGC3130-Single-Zone-Evaluierungs-Kit an. Es ist für die Entwicklung mit dem MGC3130 mit unterschiedlichen Elektroden der Größe von 5 oder 7Zoll geeignet. Das Kit ist mit der grafischen Anwenderschnittstelle Aurea ausgestattet, die man kostenfrei aus dem Internet herunterladen kann, so der Hersteller. Muster des Chips im 28-poligen 5 mm x 5mm QFN-Gehäuse sind bereits erhältlich. Produktionsvolumen werden für April 2013 erwartet.