Ajouter facilement la reconnaissance gestuelle sous forme d'interface sans contact pour les environnements bruyants et bondés

Même avant la pandémie, il y avait un attrait pour la reconnaissance gestuelle en tant qu'aide pour les malvoyants, ainsi que pour les plateformes de jeu, les automobiles et les salles d'opération médicales. L'accent mis sur l'hygiène dans les lieux publics n'a fait que renforcer cet engouement, car nous essayons d'éviter au maximum les interfaces tactiles publiques.

Ce changement a donné lieu à un défi pour les ingénieurs : d'innombrables technologies dépendent des interactions humaines de masse, mais il est difficile de maintenir ces interactions si le contact physique est évité et activement déconseillé dans de nombreux cas. La technologie d'interface sans contact offre une solution.

Plusieurs méthodes sans contact sont déjà utilisées, notamment les écrans tactiles à capteurs de proximité (grâce auxquels on peut bouger le doigt près de l'écran sans le toucher vraiment), le suivi des mouvements oculaires, les systèmes sans fil courte portée et la reconnaissance vocale. Mais l'utilisation de ces différentes technologies était jusqu'ici limitée à des applications spécialisées, comme les établissements médicaux (où la prévention des infections a toujours été une préoccupation), les lieux de travail industriels (où les opérateurs portaient généralement des gants) et les points d'accès autorisés (où un niveau de sécurité accru était nécessaire). Pour la plupart des autres applications, il était plus simple et moins coûteux d'opter pour un écran tactile.

Et comme les interfaces sans contact relevaient plutôt de la technologie de niche, leur développement était lent et les solutions avaient tendance à être poussives et mal adaptées aux fréquentations élevées. La pandémie a déclenché une nouvelle vague de produits innovants pour les interfaces sans contact, dont certains se sont révélés parfaits pour les rues bondées et les espaces publics bruyants, des centres-villes aux halls d'entrée des hôtels.

Pourquoi utiliser la reconnaissance gestuelle sans contact ?

Chaque technologie sans contact présente ses avantages, mais la reconnaissance gestuelle sans contact est sans doute la meilleure pour une utilisation à haut volume dans les lieux publics. Cette technologie remédie au besoin de positionner soigneusement les doigts (comme c'est le cas pour les solutions à capteurs de proximité), d'avoir sur soi les cartes ou clés tactiles nécessaires pour les solutions sans fil courte portée, ou de parler suffisamment fort pour surmonter le bruit ambiant des zones bondées lors de l'utilisation de la reconnaissance vocale. La reconnaissance gestuelle est aussi relativement simple et peu coûteuse à implémenter, et offre une bonne fiabilité.

Les systèmes de reconnaissance gestuelle sans contact scrutent les mouvements corporels comme les signes ou les gestes de balayage de la main, puis les interprètent en tant qu'instructions ou commandes. Cette méthode fonctionne en détectant des variations de lumières dues au mouvement de la main dans l'air, en utilisant des caméras ou des capteurs de lumière visible ou infrarouge (IR).

Plusieurs cycles de conception peuvent être nécessaires pour qu'une nouvelle conception soit opérationnelle, mais les concepteurs doivent savoir qu'ils n'ont pas forcément besoin de partir de zéro. Par exemple, Analog Devices propose une conception de référence pratique pour concevoir un système de reconnaissance gestuelle peu coûteux. La carte d'évaluation Pmod de capteur de geste EVAL-CN0569-PMDZ émet des impulsions IR tandis que deux capteurs IR scrutent les réflexions d'une main en mouvement (Figure 1). La conception de référence détecte ensuite cette lumière et génère une réponse basée sur la position de l'objet.

Figure 1 : La carte d'évaluation Pmod de capteur de geste EVAL-CN0569-PMDZ est un bon point de départ pour l'expérimentation ou pour créer une nouvelle conception. Une LED IR émet des impulsions tandis que deux capteurs IR scrutent les réflexions d'une main en mouvement. (Source de l'image : Analog Devices)

Suivre les gestes de la main

Il ne suffit pas que le système sache qu'une main s'agite quelque part dans l'espace entourant l'interface sans contact. La plupart des systèmes nécessitent un schéma défini de mouvements de la main afin d'éviter les faux éléments déclencheurs. Un schéma typique de mouvements de la main implique la détection du début d'un geste, le suivi du mouvement de la main pendant le geste et l'identification de la fin du geste.

La carte d'évaluation de capteur de geste répond à cette exigence en utilisant le capteur angulaire de lumière IR ADPD2140 d'Analog Devices pour capter la lumière incidente de la main en mouvement. Un seul dispositif peut réaliser des mesures des angles incidents de la lumière IR en un seul point et sur deux axes, ce qui permet ensuite à plusieurs dispositifs de travailler ensemble afin de trianguler la distance. Mieux encore, les capteurs angulaires de lumière IR sont très peu tolérants à l'égard d'un alignement imprécis de la main car ils maintiennent une réponse linéaire dans un large champ de vision angulaire (±35°).

Autre avantage clé de l'utilisation du capteur angulaire de lumière IR ADPD2140 : il possède un filtre optique intégré avec un blocage précis de la lumière visible. Cela élimine le recours à des lentilles externes et préserve la plage dynamique du capteur lorsqu'il est positionné à la lumière du soleil ou intérieure. Le filtre est défini pour la lumière présentant une longueur d'onde de 800 nanomètres (nm). La LED qui produit les impulsions IR doit donc émettre une lumière avec une longueur d'onde supérieure pour que les gestes soient repérés. Dans la conception de référence, par exemple, un seul émetteur de 850 nm sert de source de lumière IR. La source de lumière est placée à 6 millimètres (mm) du premier capteur et à 19 mm du second (Figure 2).

Figure 2 : Dans la conception de référence EVAL-CN0569-PMDZ, un seul émetteur de 850 nm sert de source de lumière IR. La source de lumière est placée à 6 mm du premier capteur et à 19 mm du second. (Source de l'image : Analog Devices)

Bien éteindre les lumières

Dans une application comme un distributeur de tickets de parking, le simple fait de bouger la main devant le capteur suffit à activer la machine. Mais d'autres applications peuvent nécessiter différents mouvements distincts de la main pour effectuer différentes actions. Par exemple, un interrupteur sans contact peut nécessiter un mouvement de balayage vers le haut pour allumer la lumière et un mouvement de balayage vers le bas pour l'éteindre.

En utilisant deux capteurs, la carte de référence peut déterminer le mouvement lorsque la main traverse le cône de détection de chaque capteur. Mieux encore, les capteurs peuvent déterminer quel genre de mouvement de la main est effectué. Par exemple, le mouvement de balayage vers le haut peut être suivi et facilement distingué du mouvement de balayage vers le bas (Figure 3).

Figure 3 : Position angulaire de la main qui réalise un mouvement vers le haut puis un mouvement vers le bas détectés par les capteurs IR de la carte d'évaluation. Notez comme le mouvement angulaire horizontal (XSTART1 > XEND1 et XSTART2 > XEND2 en bleu) est limité, tandis que le mouvement angulaire vertical (YSTART1 > YEND1 et YSTART2 > YEND2 en rose) montre une élévation de la position angulaire lors du mouvement vers le haut et une diminution lors du mouvement vers le bas. (Source de l'image : Analog Devices)

L'étape suivante consiste à connecter la carte à un ordinateur et à observer la manière dont les gestes spécifiques apparaissent à l'écran. Chacun de ces gestes peut alors être codé au sein de la plateforme de développement associée afin de demander à l'interface sans contact de réaliser une fonction particulière.

Conclusion

La reconnaissance gestuelle sans contact constitue un bon choix d'interface dans les lieux publics bruyants et bondés alors que les concepteurs cherchent à mettre en place des moyens plus hygiéniques d'interagir avec les systèmes électroniques. Comme illustré, il n'est pas nécessaire de commencer de zéro. Vous pouvez démarrer avec une conception de LED IR et de capteur relativement peu coûteuse — pour détecter non seulement les mouvements de la main, mais également des gestes spécifiques — avec la carte d'évaluation Pmod de capteur de geste EVAL-CN0569-PMDZ.