Aggiungere facilmente il riconoscimento dei gesti come interfaccia touchless in ambienti affollati e rumorosi

Fin da prima della pandemia si era registrata un'accelerazione decisa sulle tecnologie di riconoscimento dei gesti come ausilio per i non vedenti, nonché per piattaforme di gioco, per le automobili e per le sale operatorie in campo medico. La maggiore enfasi sull'igiene negli spazi pubblici per evitare, ove possibile, contatti fisici su interfacce comuni, ha dato un ulteriore stimolo alla ricerca.

Un tale cambiamento ha presentato una sfida agli ingegneri: tanta tecnologia si basa sull'interazione umana di massa, difficile però da mantenere se il contatto fisico deve essere evitato e, in molti casi, decisamente scoraggiato. Una soluzione è offerta dalla tecnologia per interfacce touchless.

Si usano già diversi metodi touchless, inclusi touchscreen di prossimità (dove un dito si muove vicino allo schermo senza però toccarlo), tracciamento oculare, wireless a corto raggio e riconoscimento vocale. Ma l'implementazione di queste tecnologie si limitava ad applicazioni specialistiche come strutture mediche dove il controllo delle infezioni è sempre stato un tema al centro dell'attenzione, luoghi di lavoro industriali dove gli operatori indossano abitualmente guanti e punti di accesso autorizzati dove è richiesto un ulteriore livello di sicurezza. Per la maggior parte delle altre applicazioni, invece, era più semplice e meno dispendioso installare un pannello tattile.

E poiché le interfacce touchless erano una tecnologia relativamente di nicchia, lo sviluppo procedeva lentamente e le soluzioni tendevano a essere goffe e inadatte all'uso massiccio. La pandemia è stata un catalizzatore per una nuova ondata di innovativi prodotti di interfaccia touchless, alcuni dei quali si sono rivelati ideali per strade trafficate e spazi pubblici rumorosi, dai centri cittadini alle hall degli hotel.

Perché utilizzare il riconoscimento dei gesti touchless?

Ogni tecnologia touchless ha dei vantaggi, ma il riconoscimento dei gesti touchless è senza dubbio il migliore per l'uso di massa in ambienti pubblici. La tecnologia evita di dover posizionare in modo preciso le dita, come nel caso delle soluzioni di prossimità, di essere dotati di tessere magnetiche o di telecomandi richiesti dalle soluzioni wireless a corto raggio o di parlare a voce abbastanza alta da sovrastare il rumore ambientale delle zone trafficate quando si utilizza il riconoscimento vocale. Il riconoscimento dei gesti è inoltre relativamente semplice ed economico da implementare e offre una buona affidabilità.

I sistemi di riconoscimento dei gesti touchless catturano movimenti del corpo, ad esempio mani che si agitano o sorvolano qualcosa, e li interpretano come istruzioni o comandi. Il metodo funziona rilevando tramite telecamere o sensori di luce visibile o a infrarossi (IR) le differenze di luce prodotte dal movimento della mano nell'aria.

Sebbene potrebbero essere richiesti alcuni cicli di progettazione prima di arrivare a un prodotto finale funzionante, i progettisti dovrebbero sapere che non devono partire da zero. Analog Devices, ad esempio, fornisce un pratico progetto di riferimento per un sistema di riconoscimento dei gesti poco costoso. La scheda di valutazione Pmod per sensori di gesti EVAL-CN0569-PMDZ trasmette gli impulsi IR mentre due sensori IR cercano i riflessi di una mano in movimento (Figura 1). Il progetto di riferimento rileva questa luce e genera una risposta in base alla posizione dell'oggetto.

Figura 1: La scheda di valutazione Pmod per sensori di gesti EVAL-CN0569-PMDZ è un buon punto di partenza per esperimenti o per realizzare un nuovo progetto: un LED IR trasmette gli impulsi, mentre due sensori IR cercano i riflessi di una mano in movimento. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices)

Tenere traccia dei gesti delle mani

A un sistema non basta sapere che, da qualche parte nello spazio attorno all'interfaccia touchless, c'è una mano che si muove. Per evitare false attivazioni, la maggior parte dei sistemi richiede uno specifico schema di movimenti. Uno schema tipico comporta il rilevamento dell'inizio di un gesto, il monitoraggio del movimento della mano durante il gesto e l'identificazione della fine del gesto.

La scheda di valutazione del sensore di gesti soddisfa questo requisito utilizzando il sensore ADPD2140 di Analog Devices per misurare l'angolo della luce IR incidente determinata dalla mano in movimento. Un singolo dispositivo può eseguire la misurazione a punto singolo su due assi degli angoli incidenti per la luce IR, che consente a più dispositivi di interagire per triangolare la distanza. Meglio ancora, questi sensori non tollerano affatto un allineamento impreciso della mano perché mantengono una risposta lineare all'interno di un ampio campo visivo angolare (±35°).

Un altro vantaggio chiave quando si utilizza il sensore ADPD2140 è che integra un filtro ottico con un taglio netto per la luce visibile. Ciò evita l'uso di lenti esterne e preserva la gamma dinamica del sensore quando è posizionato alla luce solare o sotto luci per interni. Il filtro è impostato per la luce con una lunghezza d'onda di 800 nm. Pertanto, per individuare i gesti, il LED che produce gli impulsi IR deve emettere luce al di sopra di questa lunghezza. Nel progetto di riferimento, ad esempio, un singolo emettitore da 850 nm funge da sorgente di luce IR. La sorgente è posizionata a 6 mm dal primo sensore e a 19 mm dal secondo (Figura 2).

Figura 2: Nel progetto di riferimento EVAL-CN0569-PMDZ un singolo emettitore da 850 nm funge da sorgente di luce IR. La sorgente è posizionata a 6 mm dal primo sensore e a 19 mm dal secondo. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices)

Spegnere le luci

In un'applicazione come un distributore di biglietti per parcheggi, per attivare la macchina è sufficiente spostare la mano davanti al sensore. Ma altre applicazioni potrebbero richiedere movimenti della mano separati per fare cose diverse. Ad esempio, un interruttore della luce touchless potrebbe richiedere un movimento della mano verso l'alto per accendere le luci e uno verso il basso per spegnerle.

Utilizzando due sensori, la scheda di riferimento può determinare il movimento mentre la mano attraversa il cono di rilevamento di ciascun sensore. Soprattutto, i sensori possono determinare il tipo di movimento eseguito dalla mano. Ad esempio, è facile tracciare e distinguere lo spostamento verso l'alto di una mano da uno verso il basso (Figura 3).

Figura 3: Posizione angolare della mano che esegue un movimento "verso l'alto" e poi "verso il basso" rilevata dai sensori IR della scheda di valutazione. Notare che il movimento angolare orizzontale (XSTART1 > XEND1 e XSTART2 > XEND2 in blu) è limitato, mentre quello verticale (YSTART1 > YEND1 e YSTART2 > YEND2 in viola) presenta un aumento della posizione angolare verso l'alto e una diminuzione verso il basso. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices)

Il passaggio successivo consiste nel collegare la scheda a un computer e osservare come sono visualizzati gesti specifici sullo schermo. Ciascuno di questi gesti può quindi essere codificato all'interno della piattaforma di sviluppo associata per istruire l'interfaccia touchless a eseguire una determinata funzione.

Conclusione

Il riconoscimento dei gesti touchless è una buona scelta per un'interfaccia in luoghi pubblici rumorosi e affollati, poiché i progettisti cercano di soddisfare l'esigenza di modi più igienici per interagire con i sistemi elettronici. Come illustrato, non è necessario partire da zero. Si può partire da un LED IR e da un progetto a sensori relativamente economici, in grado di rilevare non solo il movimento della mano ma anche gesti specifici, utilizzando la scheda di valutazione Pmod per sensori di gesti EVAL-CN0569-PMDZ.