引言

人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 因其影響和擴(kuò)展全球眾多行業(yè)的潛力而受到廣泛關(guān)注。機(jī)器學(xué)習(xí)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、安全、研究以及樓宇自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和個(gè)人電子產(chǎn)品等各行各業(yè)。機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)施和開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括實(shí)現(xiàn)自主決策，以及創(chuàng)建能夠適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的復(fù)雜系統(tǒng)。

基于雷達(dá)的傳感器集成電路 (IC) 得益于傳感器遠(yuǎn)距離功能、高運(yùn)動(dòng)靈敏度和隱私特性，成為位置和接近感應(yīng)設(shè)計(jì)的常用技術(shù)。由于具有高精度，雷達(dá)傳感器還廣泛應(yīng)用于汽車和工業(yè)市場(chǎng)，包括機(jī)器人、家庭安全、個(gè)人電子產(chǎn)品、人員存在和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域。毫米波雷達(dá)傳感器是一種領(lǐng)先的感應(yīng)技術(shù)，它使用機(jī)器學(xué)習(xí)提供更可靠、更準(zhǔn)確的分類，以識(shí)別更接近更昂貴的視覺系統(tǒng)的物體。

使用雷達(dá)對(duì)物體進(jìn)行分類

任何感應(yīng)技術(shù)的關(guān)鍵組成部分都是能夠正確理解和識(shí)別物體周圍的物體。毫米波不僅能夠精確檢測(cè) 3D 環(huán)境中物體的位置，而且通過機(jī)器學(xué)習(xí)，毫米波還能夠?qū)ξ矬w類型進(jìn)行分類。每個(gè)有生命或無(wú)生命的物體在運(yùn)動(dòng)中都有不同的微多普勒特征，毫米波可以通過這種特征利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)對(duì)物體進(jìn)行準(zhǔn)確分類。圖 1 顯示了不同物體的各種微多普勒特征。

圖 1 物體的不同微多普勒特征

毫米波能夠避免因意外運(yùn)動(dòng)（例如，樹、葉子、小動(dòng)物、割草機(jī)器人等的運(yùn)動(dòng)）而導(dǎo)致的任何不必要的虛假錯(cuò)誤。使用來(lái)自多接收器系統(tǒng)的角度信息來(lái)確定高度和距離，可以根據(jù)大小、距離和多普勒對(duì)物體進(jìn)行過濾。這可以幫助家庭安全系統(tǒng)將物體分類為人、動(dòng)物或識(shí)別汽車，以限制任何不必要的通知，或僅在檢測(cè)到某些物體時(shí)通知用戶。

圖 2 用于區(qū)分風(fēng)扇和人的雷達(dá)分類輸出

圖 3 用于區(qū)分扇和人的場(chǎng)景視圖

這種精確的分類形式不僅限于物體，毫米波還可以使用微多普勒下方地面的微多普勒特征來(lái)確定毫米波傳感器所指向的表面。幫助割草機(jī)器人了解機(jī)器人是否位于草地、混凝土上，甚至幫助家庭機(jī)器人確定某個(gè)區(qū)域是否潮濕（地面有水坑）以通知房主，或確定表面是否干燥。

圖 4 草地與非草地間的表面分類

毫米波傳感器可提供導(dǎo)航和感知設(shè)計(jì)，同時(shí)仍支持非接觸式和私有應(yīng)用。物體和表面分類可用于各種終端設(shè)備。通過讓設(shè)備變得更準(zhǔn)確、更智能來(lái)提升用戶體驗(yàn)，并根據(jù)這些決定調(diào)整與最終用戶的交互或操作。

利用雷達(dá)進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別

毫米波雷達(dá)傳感器不只能夠利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)區(qū)分物體，手勢(shì)識(shí)別也是許多應(yīng)用中最令人期待的技術(shù)功能之一。只需揮揮手，即可在不使用遙控器的情況下更改電視頻道，或者調(diào)高手機(jī)揚(yáng)聲器的音量。許多應(yīng)用可以利用手勢(shì)識(shí)別來(lái)擴(kuò)展產(chǎn)品系列，打開實(shí)現(xiàn)許多令人興奮的新功能的大門。

圖 5 雷達(dá)使用手勢(shì)分類來(lái)確定從上到下的運(yùn)動(dòng)

通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)，毫米波能夠捕獲各種不同的動(dòng)作，例如向左或向右滑動(dòng)、向上或向下移動(dòng)手，甚至是獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)，例如順時(shí)針或逆時(shí)針移動(dòng)手以實(shí)現(xiàn)某個(gè)動(dòng)作。想象一下，不再需要輸入密碼來(lái)解鎖前門，而是可以選擇執(zhí)行各種手勢(shì)來(lái)打開門，或者展示幻燈片并使用手勢(shì)移動(dòng)到下一張幻燈片，而不是使用按鈕。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)所有這些應(yīng)用，同時(shí)保持毫米波已知的所有低成本、低功耗和高性能指標(biāo)。

毫米波傳感器相較于激光雷達(dá)和攝像頭的優(yōu)勢(shì)

通常選擇毫米波雷達(dá)技術(shù)而不是激光雷達(dá)、攝像頭和其他光學(xué)傳感器，不僅是為了節(jié)省成本，還因?yàn)槔走_(dá)能夠在惡劣天氣條件下良好運(yùn)行；而攝像頭可能會(huì)受到光線不足和天氣的影響。雷達(dá)還具有較寬的距離和覆蓋范圍，使傳感器能夠檢測(cè) 100 米以外的物體。由于移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用需要節(jié)省功耗，因此客戶經(jīng)常使用可低至 1mW 的雷達(dá)進(jìn)行存在檢測(cè)。但是，將雷達(dá)與激光雷達(dá)配合使用時(shí)，攝像頭或其他光學(xué)傳感器可幫助應(yīng)用覆蓋應(yīng)用可能需要的幾乎每個(gè)角落場(chǎng)景。

從功能安全的角度來(lái)看，TI 在設(shè)計(jì) IWR6843 等非接觸式雷達(dá)傳感器之前，已進(jìn)行了大量的硬件和軟件開發(fā)工作，并獲得了 (TüV) SüD 的器件認(rèn)證。所有 TI 雷達(dá)傳感器均具有多種內(nèi)置的功能安全機(jī)制，可提供 IEC 61508 所要求的必要診斷覆蓋范圍，可在元件級(jí)別滿足高達(dá)安全完整性等級(jí) (SIL) 2 的硬件功能。

TI 通過診斷軟件庫(kù)、編譯器資質(zhì)審核套件、第三方操作系統(tǒng)、開發(fā)工具和其他文檔在線提供此功能安全配套資料，從而讓工程師簡(jiǎn)化安全設(shè)計(jì)流程和系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證。

總結(jié)

機(jī)器學(xué)習(xí)提供了雷達(dá)可涵蓋的各種新用例，例如：表面分類、人類與非人類、手勢(shì)識(shí)別等?，F(xiàn)在，使用 TI 的開源 PyTorch 模型可以輕松完成機(jī)器學(xué)習(xí)，其中所有模型都在片上運(yùn)行，并且是使用開源庫(kù)和工具創(chuàng)建的。德州儀器 (TI) 提供完整的分步流程，涵蓋了部署您自己的模型所需的一切。使用 Python 進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，使用 PyTorch 和 Jupyter 進(jìn)行任何基于模型的訓(xùn)練，使用 Code Composer Studio 進(jìn)行所需的任何 TVM 和 C 集成。提供數(shù)據(jù)操作、模型生成和最終目標(biāo)集成所需的一切。

圖 6 使用 TI 雷達(dá)的機(jī)器學(xué)習(xí)流程

在將機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)施到應(yīng)用中時(shí)，德州儀器 (TI) 提供了各種學(xué)習(xí)資源，使現(xiàn)在的入門變得比以前更簡(jiǎn)單。毫米波傳感器具有低成本、低功耗等優(yōu)勢(shì)，并且能夠在所有天氣條件下準(zhǔn)確感應(yīng)且極其精確，使得毫米波雷達(dá)成為在應(yīng)用中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)的先進(jìn)感應(yīng)設(shè)計(jì)。

資源

• 德州儀器 (TI)，適用于毫米波傳感器的 Radar Toolbox。
• 德州儀器 (TI)，雷達(dá)攝像頭融合。
• 德州儀器 (TI)，IWR6843AOP 單芯片 60GHz 封裝天線 (AoP) 毫米波傳感器評(píng)估模塊。