傳感器融合是從各種傳感器收集信息的感官數(shù)據(jù)的結(jié)合。例如，在軍用監(jiān)視衛(wèi)星的情況下，它可能是來自雷達(dá)，熱/紅外探測器和強(qiáng)大數(shù)碼相機(jī)的輸入的組合。在消費(fèi)電子設(shè)備中，傳感器可以包括加速度計，羅盤和陀螺儀。在任何一種情況下，來自所有傳感器的數(shù)據(jù)都是“融合”的，并且采用智能信號處理來獲取數(shù)據(jù)，解釋結(jié)果，并提供比使用的更準(zhǔn)確，完整和更可靠的圖片。任何這些傳感器源都是單獨(dú)的。融合還可以導(dǎo)致從新的角度看待事物，例如通過在略微不同的視點(diǎn)處組合來自兩個相機(jī)的二維圖像來計算和顯示三維深度。

傳感器技術(shù)新聞今天談到微型運(yùn)動傳感器，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和三維運(yùn)動的更大整合。應(yīng)用程序設(shè)計人員要求準(zhǔn)確的3-D運(yùn)動數(shù)據(jù)，以便他們能夠引入一系列基于物理交互的應(yīng)用程序。來自諸如壓力傳感器，相機(jī)，GPS等集成傳感器的數(shù)據(jù)將被合并以滿足這些需求。當(dāng)我們觀察三維和方向感知的未來時，不僅游戲?qū)⑹芤嬗谶M(jìn)一步的進(jìn)步，還有機(jī)器交互，映射和導(dǎo)航。通過3-D環(huán)境中的3-D體驗(yàn)和設(shè)備的物理定位原型，穩(wěn)定性，噪聲，抖動，清潔數(shù)據(jù)與復(fù)雜數(shù)據(jù)以及底層傳感器的特定優(yōu)勢和劣勢等工程挑戰(zhàn)可以變得清晰。

讓我們看一個例子來看看如何使用正確的傳感器共同解決設(shè)計挑戰(zhàn)。在“構(gòu)建Windows 8”博客的帖子中，微軟Windows部門總裁Steven Sinofsky討論了他的公司為運(yùn)行Windows 8的未來平板電腦模擬和原型化3D動作的經(jīng)驗(yàn)。該公司的目標(biāo)是確保當(dāng)用戶移動設(shè)備時看著屏幕，虛擬環(huán)境似乎保持不動。

Microsoft最初嘗試通過包含3-D加速度計和3-D磁力計提供典型的6軸運(yùn)動傳感。 “立刻，”Sinofsky寫道，“我們遇到了一個問題：來自加速計傳感器的數(shù)據(jù)中的‘噪音’導(dǎo)致3-D環(huán)境的抖動，即使設(shè)備保持靜止。通過捕獲加速度計數(shù)據(jù)并繪制圖表，我們能夠清楚地看到這種噪音。“

”沒有噪音，圖表上的線條是直的，沒有垂直偏差。消除這種噪聲的傳統(tǒng)方法是對原始數(shù)據(jù)流應(yīng)用低通濾波器。當(dāng)我們在原型中實(shí)現(xiàn)這種緩解時，由此產(chǎn)生的運(yùn)動是平滑且穩(wěn)定的（無抖動），但是低通濾波器引入了另一個問題：應(yīng)用程序失去響應(yīng)性并且在響應(yīng)運(yùn)動時感覺遲鈍。我們需要一種方法來補(bǔ)償這種抖動，而不會降低響應(yīng)速度。“從這些實(shí)驗(yàn)中，微軟發(fā)現(xiàn)這種傳感器組合”無法提供我們想要的流暢和響應(yīng)體驗(yàn)。加速計傳感器未提供干凈的數(shù)據(jù)，不能單獨(dú)用于確定設(shè)備方向。磁力計的更新速度很慢，并且容易受到電磁干擾（想到一個羅盤針偶爾粘在一個位置）。“為了解決這個問題，微軟最終以三維陀螺儀的形式增加了第三個傳感器。用于檢測轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，使用所有三個傳感器（公司稱之為9軸傳感器融合系統(tǒng)）可以解決這個問題。

Sinofsky說：“事實(shí)證明，加速度計，磁力計和陀螺儀可以補(bǔ)充彼此的弱點(diǎn)，有效填補(bǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)響應(yīng)的空白。使用這些傳感器的組合可以創(chuàng)建比傳感器單獨(dú)提供的更好，響應(yīng)更快，更流暢的體驗(yàn)。“圖1顯示了兩種類型的輸出：傳遞輸出，其中傳感器數(shù)據(jù)是直接傳遞給應(yīng)用程序和傳感器融合輸出，其中傳感器數(shù)據(jù)被合成為更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)類型。

圖1：9軸傳感器融合系統(tǒng)。

傳感器融合的“神奇之處”是在數(shù)學(xué)上將來自所有傳感器的數(shù)據(jù)組合在一起，以產(chǎn)生更復(fù)雜的輸出，包括傾斜補(bǔ)償，偏航，俯仰，滾動和設(shè)備定向，以產(chǎn)生對自然的快速，流暢和響應(yīng)性反應(yīng)運(yùn)動。隨著9軸解決方案讓位于10軸傳感器，傳感器，可編程微控制器和無線鏈路都將組合在一個封裝中。

汽車應(yīng)用

越來越重要的傳感器融合應(yīng)用是汽車。根據(jù)Frost＆amp; Sullivan的Praveen Chandrasekar，“可靠性和更高的系統(tǒng)性能是推動傳感器融合的主要因素。傳感器融合有望在駕駛階段獲得最大優(yōu)先權(quán)，駕駛員需要安全和舒適功能的幫助，以確保乘坐舒適性，穩(wěn)定性和安全性。“到目前為止，他看到了高速公路駕駛，夜間駕駛和駕駛的最大優(yōu)勢。在不利條件下。

在通用汽車公司最近宣布，從今年秋季開始，通用汽車公司將在某些2013款車型上提供先進(jìn)的主動安全和駕駛輔助系統(tǒng)。這個駕駛員輔助包是第一個使用傳感器融合來警告駕駛員道路危險的GM系統(tǒng)，并通過使用雷達(dá)，攝像頭和超聲波傳感器來幫助他們避免碰撞，以提供后部自動制動，陸地離場警告等安全功能，和盲區(qū)警報。

通用汽車還在考慮將傳感器融合作為半自動和全自動車輛開發(fā)的重要組成部分，旨在保持車道位置并適應(yīng)交通環(huán)境。通用汽車預(yù)計自動駕駛技術(shù)將在本十年末實(shí)現(xiàn)半自動駕駛和全自動駕駛。

愛普生Toyocom公司的超小型陀螺儀傳感器XV-8000CB（圖2）是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器的一個很好的例子。

圖2：Epson Toyocom的超小型汽車導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器。

這款5 V可操作陀螺儀傳感器具有極小的封裝尺寸SMD（5 x 3.2 x 1.3 mm）和使用振動晶體的高穩(wěn)定性。

汽車傳感器數(shù)據(jù)融合應(yīng)用還包括行人檢測和預(yù)碰撞警告。通過使用低成本熱電堆紅外傳感器檢測行人檢測，該傳感器可檢測8至14μm波段的紅外輻射。由于這些傳感器不能檢測物體的實(shí)際位置，因此傳感器陣列可以完成工作。

在預(yù)碰撞情況下，使用雷達(dá)和激光掃描儀傳感器融合。在使用環(huán)境傳感系統(tǒng)來確定碰撞的必然性的情況下發(fā)生預(yù)碰撞情況。具有這樣的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)確地預(yù)測撞擊時間和位置時，它為駕駛員花費(fèi)時間作出反應(yīng)。利用激光掃描儀和多個雷達(dá)傳感器提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感器融合，系統(tǒng)可以進(jìn)行威脅評估和預(yù)碰撞確定。

汽車傳感器不一定涉及內(nèi)部和外部安全。以飛思卡爾的MMA955xLRM（圖3）智能運(yùn)動傳感平臺為例。其應(yīng)用包括車隊(duì)監(jiān)控，跟蹤包括航位推算，系統(tǒng)自動喚醒，檢測，沖擊記錄和防盜功能。

圖3：MMA955xL的框圖。

MMA955xL 3軸加速度計是飛思卡爾Xtrinsic系列智能傳感器平臺的成員。該器件集成了專用的加速度計MEMS傳感器，信號調(diào)理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和32位可編程微控制器。它創(chuàng)建了一個智能，高精度的運(yùn)動傳感平臺，能夠管理多個傳感器輸入，并為諸如手勢識別，計步器功能和eCompass傾斜補(bǔ)償和校準(zhǔn)等復(fù)雜應(yīng)用做出系統(tǒng)級決策。

使用其主I2C模塊，MMA955xL可以管理輔助傳感器，如壓力傳感器，磁力計或陀螺儀，以便從系統(tǒng)應(yīng)用處理器卸載傳感器初始化，校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)補(bǔ)償和計算功能，其中多個傳感器輸入可以很容易鞏固。 MMA955xL充當(dāng)智能傳感集線器和高度可配置的決策引擎。系統(tǒng)總功耗很低，因?yàn)閼?yīng)用處理器在絕對需要時保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)。

用于手持設(shè)備的傳感器

對于手持設(shè)備，人機(jī)界面，虛擬現(xiàn)實(shí)和導(dǎo)航，請考慮Bosch Sensortec的BMA250（圖4），這是一種數(shù)字三軸±2至±16 g加速度傳感器，具有智能開啟功能芯片運(yùn)動觸發(fā)中斷控制器。采用小型12引腳LGA封裝，占位面積僅為2 x 2 mm，高度為0.95 mm。片上中斷控制器為新數(shù)據(jù)，斜率檢測，抽頭感應(yīng)，方向識別，平面檢測和低g/高g檢測提供運(yùn)動觸發(fā)中斷信號，無需使用微控制器。它可以測量三個垂直軸的加速度。 ASIC根據(jù)差分電容原理轉(zhuǎn)換MEMS工作的輸出。 BMA250的封裝和接口符合眾多硬件要求。 BMA可感應(yīng)手機(jī)，手持設(shè)備，計算機(jī)外圍設(shè)備，人機(jī)界面，虛擬現(xiàn)實(shí)功能和游戲控制器中的傾斜，運(yùn)動和震動。

圖4：Bosch Sensortec BMA250加速度傳感器。

博世Sensortec BMC050是一款完全補(bǔ)償?shù)碾娮恿_盤或eCompass，占地面積小。 6軸數(shù)字羅盤用于確定精確的傾斜補(bǔ)償?shù)卮藕较蛐畔ⅲ⑻峁┚_的加速度傳感器數(shù)據(jù)，采用FlipCore地磁傳感技術(shù)和加速度計的MEMS傳感器技術(shù)，采用3 x 3 x 0.95 mm LGA封裝。

在三維空間中測量地球的地磁場，它還使用3軸加速度計測量動態(tài)和靜態(tài)加速度以及傳感器的傾斜度。當(dāng)?shù)卮艂鞲衅鞑荒鼙３制教梗ㄆ叫杏诘厍虮砻妫r，這種傾斜信息很重要。結(jié)合BMC050的輸出信息，eCompass軟件可提供獨(dú)立于設(shè)備方向的精確航向數(shù)據(jù)。集成在該器件中的加速度計提供了上面討論的10位數(shù)字加速度計BMA250的精度和功能。

BMC050提供的傾斜補(bǔ)償方向信息的目標(biāo)應(yīng)用包括導(dǎo)航（例如，GPS增強(qiáng)/地圖旋轉(zhuǎn)），基于位置的服務(wù)（LBS）或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，以及與壓力傳感器，室內(nèi)導(dǎo)航相結(jié)合。由于其占地面積小，功耗低，功能集成度高，因此非常適合個人移動設(shè)備，包括手機(jī)，筆記本電腦，MP3播放器等。基本上，傳感器融合是一個整體大于部分的總和。隨著傳感器提供更高的可靠性，速度，準(zhǔn)確性和高級功能，傳感器融合的概念將始終處于這些趨勢的最前沿。