4. 傳感器融合如何工作

　　最基本的傳感器融合示例是電子羅盤，它結合了 3D 磁力計和 3D 加速計來提供羅盤功能。更復雜的傳感器融合技術增強了用戶體驗，充分利用 3D 加速計、3D 陀螺儀和 3D 磁力計（，測量相對于給定器件空間方向的特定方向上的磁場組成），并將它們融合在一起。每種傳感器都有獨特的功能，但也有其局限性：

　　? 加速計：x 軸、y 軸和 z 軸線性運動感測，但對振動比較敏感

　　? 陀螺儀：俯仰、翻滾和方位角感測，但有零位漂移

　　? 磁力計：x 軸、y 軸和 z 軸磁場感測，但對磁干擾比較敏感

　　傳感器融合將所有這些技術結合在一起，接收來自多個傳感器的同時輸入，并對輸入進行處理，產生一個綜合了各個部件輸出的最終輸出值（即，傳感器融合使用特殊算法和濾波技術，消除了各個獨立傳感器的不足之處－類似于上述人體的功能）。

　　傳感器融合提供了一套完整的功能，可使我們的生活更簡單，并支持可以利用這些功能的各種服務。

　　傳感器行業目前面臨的問題之一是各個操作系統 （OS） 缺乏標準化。目前，大多數OS驅動程序需要最基本的傳感器數據，這使傳感器無法發揮其所有功能。

　　傳感器融合是 Microsoft戰略的一部分，因此 Windows 8 OS 都支持傳感器，使用傳感器級驅動程序，這些驅動符合其與微軟的生態系統合作伙伴共同制定的標準 （Human Interface Device specification 2011）。Windows Runtime 編程模塊允許輕量級執行調用，使傳感器能夠在硬件級進行處理。

　　傳感器融合通常是指將 3D 加速計、3D 陀螺儀和 3D 磁力計結合在一起，這種配置被稱為 9 軸系統，為用戶提供 9 個自由度 （9-DoF）。2012 年，飛思卡爾推出了面向 Windows 8 的 12 軸 Xtrinsic 傳感器平臺，提供了 12-DoF 傳感器融合解決方案，該解決方案包括氣壓傳感器、溫度傳感器和環境光感測功能。

　　圖3 面向Windows 8的12軸Xtrinsic傳感器數據流

　　這個全面的硬件和軟件解決方案使用飛思卡爾 32 位 MCU 融合了加速計、磁力計和陀螺儀數據，并提供了易于集成的特性，從而簡化了開發。微軟的 Windows 8 OS 針對平板電腦、筆記本電腦和其他移動設備借助個人計算機的計算能力，擴展了運行智能手機和平板電腦應用的功能。飛思卡爾憑借其傳感器融合平臺，從微軟獲得了 Windows 8 認證，成為第一批獲得該認證的公司之一。

　　基本的傳感器融合處理需要 10–12 MIPS。對于 9-DoF 傳感器融合，這種要求可達到 18–20 MIPS 處理周期。有各種方法可以滿足這些處理要求（每種方法都有優缺點），包括為傳感器處理添加專用的協處理器，或使用有足夠的性能擴展空間、允許隨著時間的推移增加新功能的功能強大的 MCU。

　　5. 其他傳感器融合示例

　　飛思卡爾正在進行有關傳感器在醫療電子中的使用和非醫療應用的多傳感器處理的研究。José Fernández Villase?or 博士是一位醫學博士兼電氣工程師，他既是飛思卡爾醫療產品市場營銷專家，同時也是一家醫院的醫生，研究使用傳感器（這是 REC 技術的較大的基本構件）進行情感分析，他將這兩個身份完美地結合在一起。研究表明由于物理活動導致心律增加的模式和幅度與由于腎上腺素激發的心率增加的不同。因此，人們可以使用算法并分析傳感器數據，以電子方式檢測一個人所顯示的情感的類型。

　　下面是一個游戲平臺示例，這個游戲平臺能夠監控生理變化和狀態并采集數據，從而以電子方式檢測情感，例如：

　　? 肌肉放松（MR）－通過壓力傳感器

　　? 心律變化（HRV）－通過一個芯片上的雙電極 ECG

　　? 流汗（S）－通過電容式傳感器

　　? 姿態（A）－通過加速計監測一個人的放松狀態（生澀的動作和平穩的手）

　　? 肌肉收縮（MC）－通過壓力傳感器

　　圖4 使用情感感測的環境感知：工作方式

　　使用采集的傳感器數據，游戲平臺里的 MCU 能夠在游戲情境過程中檢測情感，并為玩家提供反饋，使游戲更精彩。是否可以在賽車游戲中當檢測到玩家處于更放松的狀態（加速計的讀數減少）然后使轉彎速度更快、更難操控？這樣，能夠更好地控制情感的，沉穩的駕駛員得分會更高（與現實生活相似）。如果本地控制臺的 MCU 提供處理功能，這將被視為本地情感計算，如果基于云的系統提供處理功能，則被視為遠程情感計算。在基于云的系統中，可利用復雜的大數據算法對游戲場景提供更詳細的響應。

　　在另一個示例中，傳感器可用于通過測量用戶拿手機輸入文字或撥打電話的方式，檢測用戶的情感。此外，軟件算法可用于分析人輸入文字的方式、手機運動是否平穩或者在輸入文字時犯了多少錯誤（使用退格鍵），提供有關個人心理狀態的其他背景。

　　圖5 物聯網：不同的服務，不同的技術，對每個人的意義不同