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毫米波動作感知專題-疫情讓無接觸觸控從科幻電影的標配變成現代生活的必要

高解析度的光學、電磁波感知教我們的事

偵測物件、標定、動作解析（骨架），這些應用現在在電腦視覺程式設計上，利用openCV簡單調整就可以做出個大概，但如果捕捉行為不困難，為什麼要利用這些資訊轉換到人機介面進步那麼緩慢？答案很簡單，因為人對介面的行為本身不論是偵測（過濾）或回饋在於力度（距離、速度變化），而電腦視覺技術最弱的項目便是距離的感知，而此同時，電磁波（雷達）、光學（雷射）的感知均停留在物件等級，也就是說前些年的技術組合極限是可以知道有一個物體接近介面上的某個點並用手勢動作判斷可能的行為，但力度反應是遲鈍的，同時感知機制的儀器體積無法減小，讓商品化的領域受限（停留在高價模擬及遊戲市場）而且沒辦法更進一步進到更普及的消費市場。
Murakami Corporation的FPT技術（Floating Pictogram Technology）就是利用短距離光學（雷射）點陣配獨有的Parity Mirror技術，利用視覺錯覺讓影像懸浮在空中，同時利用另一個感測器偵測手部的變化，達成懸浮觸控的介面感受。
FPT技術應用，From Murakami news release
From Murakami news release
當然視覺上不一定非要那麼有科技感，傳統的顯示螢幕也可以做為視覺回饋的基礎，日航所使用的就是這樣的形式，沒有改變太多介面，增加了感測手勢的方式，雖然目前沒有太多披露資訊，但筆者認為如果沒有光投射機構，應該採用電磁波型，成本考量的話，解析度應該也不會太高。
日航的免觸控報到
至於高解析度的懸浮觸控應用，Google的Project Soli應用在智慧型手機給了方向，雖然實際使用上與生物行為結合還有進步空間，但2014年定義的概念，確實是後期VR的進階應用的基礎，在這個領域，台灣並非落後者。2017年1月成立的IC設計新創公司開酷科技(KaiKuTek)，已經成功開發以60GHz毫米波雷達技術為基礎、鎖定手機應用的3D手勢辨識解決方案，近年的毫米波技術成熟，高解點雲已經可以仰賴成熟的MMIC技術輸出，體積小，功耗也降低，加入位移解析、影像處理層就能輸出行為，雖然如同另一篇討論毫米波雷達遇到的問題，短波長造就有限的傳輸距離及隨距離不斷發散的解析度，但在極短距離的應用這樣的缺點可以被忽略，而搭上MMIC製成的成熟及工業設計優化還可以不斷減少成本及體積佔比，商用前景可期。
開酷科技(KaiKuTek)應用示範

商業討論

開酷科技目前已經完成AiP（毫米波天線封裝）階段，單晶片集成度已經相對高，不過應用在智慧手機上外掛感應依然不是主流，配合客戶特殊應用工業設計主體場景訓練影像處理模型集成晶片或許才是最終成熟的獲利模式，雖然筆者認為國際大廠會自行購置MMIC及PCB配合自家目前產品內裝設計設計配置及訓練影像處理及動作捕捉模型，但如同過去娛樂、生物辨識SoC市場（如義隆電等），依舊有相當大的發揮空間，即使沒辦法打進核心產品，配裝在穿戴式產品或者依附顯示器都是不錯的商品取向，潛在客戶相當廣，比如日航的應用裡，開酷的技術有助於機台體積的精簡連帶影響功耗。
當然開酷的出現也不代表市場成熟飽和，實際上主流的毫米波頻段在79-81GHz，MMIC或集成產品上成本降低的可能性更高，簡單的波束賦型設計就能拉長感知距離，讓感知空間範圍可以有效覆蓋生活場域，其實在城市應用國外已經有實績，商用也有不少，可以參考我另一篇光達在智慧城市的應用說明，而精簡縮小減低成本就可以輕鬆打入家用IOT（物聯網）市場，而不同於我們認知的會是高價限定的智慧家庭選擇，配合顯示及作業系統的集成，必然掀起人機介面的變革。

參考資料

  1. Murakami Develops Contactless Interface Using Floating Pictogram Technology and Begins Providing Samples,February 9, 2021
  2. 日航在國內機場率先推出免觸控式報到,共同社3月22日電
  3. 手勢辨識應用準備起飛 台灣MMIC新創要搶第一,EE Times Taiwan,2019-09-05

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