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感測器/MEMS  

揭開Xbox 360 Kinect控制器的神祕面紗

上網時間: 2011年03月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:感測器  照相機  加速度計 

專為微軟Xbox 360開發的Kinect感測器週邊,藉由機器視覺技術,滿足了新一代家庭娛樂需求。Kinect徹底摒棄了遊戲控制器,使玩家置身於遊戲之中。

以色列一家無晶圓半導體公司PrimeSense藉由其PrimeSensor參考設計,實現了這一技術上的創舉。據該公司介紹,這種參考設計能讓電腦“理解三維(3D)世界,並將所理解到的資訊轉換為同步影像。”在此方案中,房間與房間中的人將佈滿一種人眼看不見的點陣圖案投射,這種圖案由近紅外線雷射器所產生,且使用Class I雷射設備提供遠距離聚焦,以免對遊戲玩家造成傷害。

CMOS影像感測器用於檢測上述紅外線點陣圖案的反射片段,並將每一片段的強度映射至其與感測器的相應距離,且其深度(z軸)解析度可精細達1公分。空間解析度(x和y軸)則約僅毫米(mm)級,而第二個CMOS影像感測器的RGB輸入經由畫素排列後,可為所擷取到的數據上色。

Kinect使用三維定位和動態數據,以產生每位玩家化身對應於顯示器螢幕上的動作。機動化齒輪傳動裝置使得影像感測器始終對準動作主體;當玩家移動時,Kinect也隨之移動。4支麥克風用於抵銷回音和背景雜訊,同時協助確定是哪位玩家發出的語音指令。不難想像這種技術還可望催生更多的其它應用,但目前它還只是作為一種視訊遊戲介面。

微軟公司表示2010年底前能銷售出幾百萬台Kinect設備,因此該設備中幾種常用元件會出現第二和第三來源就不足為奇了。例如,在三種不同Kinect設備中的64MB DDR2 SDRAM插槽上出現的分別是三星(Samsung)、爾必達(Elpida)和海力士(Hynix)三家公司的等效元件。同樣地,其中一台Kinect設備上的插槽還使用了Silicon Storage Technology (SST)公司的1MB NOR快閃記憶體,而另外一台設備的同一插槽安裝的則是意法半導體(STMicroelectronics)的產品。

Kinect包含許多運算放大器(op)和其它小型元件,這些元件也可能出自多種可選的來源。因此,不同的Kinect內部電路可能有所不同。儘管如此,透過拆解發現有些內部元件是可確定的。

Kinect的‘眼睛’是一對攝影鏡頭,所用的都是Aptina Imaging公司的CMOS影像感測器。其中,紅外線照相機使用MT9M001感測器;選用這一舊型號的原因可能在於它具有較大的5.2μm畫素尺寸,這種較大的畫素在低光照條件下仍能順利作業。再加上校準濾波,使得這種感測器非常適合紅外線應用。

RGB輸入來自採用MT9M112感測器的彩色攝影機鏡頭。這兩種感測器都具有130萬畫素解析度,意味著必須使用壓縮功能以連接至PrimeSense PS1080。PS1080感測處理SoC可以控制紅外線投影器,處理來自兩個攝影機的輸入,並匯聚音訊輸入。

PS1080透過USB 2.0與應用處理器通訊。這款Marvell公司的應用處理器標示著Aspen代號,其產品型號為PXA168──這是一款低功耗、低成本、GHz級以上頻率,且令遊戲玩家為之驚艷的處理器。圍繞在關鍵輸入設備周圍的是歐勝微電子(Wolfson Microelectronics)公司一對WM8737L立體聲類比數位轉換器(ADC),其內部整合了麥克風前置放大器,以搭配上述的麥克風陣列。

Kinect內部還配置一款MEMS加速度計,採用Kionix公司的KXSD9元件。由於Kinect的運動範圍有限,因此這一加速度計可能是傾斜控制迴路的一部份,這一迴路中還包括了Allegro Microsystems公司的A3906步進器與直流馬達驅動器。其它值得一提的元件還包括NEC公司的uPD720114 USB集線器控制器,以及德州儀器(TI)公司的一對元件:TAS1020B USB音訊串流控制器以及ADS7830 8位元8通道ADC。

或許比探討Kinect元件組合更有趣的事實是──上述所有功能僅需150美元就可完全擁有。作者在撰寫本文時,許多電腦愛好者正躍躍欲試,競相為Kinect開發開放原始程式碼。微軟公司也許並不認同這種做法,但包括瞭解內部細節的一些聰明人士說不定哪天就能開發出他們自己的應用程式。

與此同時,那些沒有時間自己動手做的人也可以想像除了Kinect以外的各種可能性:沒有遙控器的電視機;沒有滑鼠、沒有觸控板也沒有觸控螢幕的電腦;可負擔得起的先進家庭保全裝置;針對老年人和傷殘人士的各種輔助設備等等。無論你打算將Kinect連接到自製機器人,或是只讓Kinect侷限於預設的遊戲目的,甚至是其它各種應用,總之,你一定會再次見到這種技術。


圖1:Kinect徹底摒棄了遊戲控制器,使玩家完全置身於遊戲中。


圖2:Kinect控制器的元件組合。

作者: Bob Widenhofer

資深產品分析師

UBM TechInsights公司





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