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(cè)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(jì)，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(hào)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(gè)相機(jī)的二維圖像來計(jì)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(dòng)傳感器，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和三維運(yùn)動(dòng)的更大整合。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員要求準(zhǔn)確的3-D運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(dòng)，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(shì)和劣勢(shì)等工程挑戰(zhàn)可以變得清晰。

讓我們看一個(gè)例子來看看如何使用正確的傳感器共同解決設(shè)計(jì)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(dòng)作的經(jīng)驗(yàn)。該公司的目標(biāo)是確保當(dāng)用戶移動(dòng)設(shè)備時(shí)看著屏幕，虛擬環(huán)境似乎保持不動(dòng)。

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

”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(duì)原始數(shù)據(jù)流應(yīng)用低通濾波器。當(dāng)我們?cè)谠椭袑?shí)現(xiàn)這種緩解時(shí)，由此產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是平滑且穩(wěn)定的（無抖動(dòng)），但是低通濾波器引入了另一個(gè)問題：應(yīng)用程序失去響應(yīng)性并且在響應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)感覺遲鈍。我們需要一種方法來補(bǔ)償這種抖動(dòng)，而不會(huì)降低響應(yīng)速度?！皬倪@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(jì)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(jì)的更新速度很慢，并且容易受到電磁干擾（想到一個(gè)羅盤針偶爾粘在一個(gè)位置）。“為了解決這個(gè)問題，微軟最終以三維陀螺儀的形式增加了第三個(gè)傳感器。用于檢測(cè)轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，使用所有三個(gè)傳感器（公司稱之為9軸傳感器融合系統(tǒng)）可以解決這個(gè)問題。

Sinofsky說：“事實(shí)證明，加速度計(jì)，磁力計(jì)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)?！皥D1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(dòng)和設(shè)備定向，以產(chǎn)生對(duì)自然的快速，流暢和響應(yīng)性反應(yīng)運(yùn)動(dòng)。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(gè)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(dòng)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(shì)。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(dòng)安全和駕駛輔助系統(tǒng)。這個(gè)駕駛員輔助包是第一個(gè)使用傳感器融合來警告駕駛員道路危險(xiǎn)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(dòng)制動(dòng)，陸地離場(chǎng)警告等安全功能，和盲區(qū)警報(bào)。

通用汽車還在考慮將傳感器融合作為半自動(dòng)和全自動(dòng)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(jì)自動(dòng)駕駛技術(shù)將在本十年末實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)駕駛和全自動(dòng)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(gè)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(dòng)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(cè)和預(yù)碰撞警告。通過使用低成本熱電堆紅外傳感器檢測(cè)行人檢測(cè)，該傳感器可檢測(cè)8至14μm波段的紅外輻射。由于這些傳感器不能檢測(cè)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(cè)撞擊時(shí)間和位置時(shí)，它為駕駛員花費(fèi)時(shí)間作出反應(yīng)。利用激光掃描儀和多個(gè)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(píng)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(dòng)傳感平臺(tái)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(dòng)喚醒，檢測(cè)，沖擊記錄和防盜功能。

圖3：MMA955xL的框圖。

MMA955xL 3軸加速度計(jì)是飛思卡爾Xtrinsic系列智能傳感器平臺(tái)的成員。該器件集成了專用的加速度計(jì)MEMS傳感器，信號(hào)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(gè)智能，高精度的運(yùn)動(dòng)傳感平臺(tái)，能夠管理多個(gè)傳感器輸入，并為諸如手勢(shì)識(shí)別，計(jì)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(jí)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(jì)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(jì)算功能，其中多個(gè)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(duì)需要時(shí)保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)。

用于手持設(shè)備的傳感器

對(duì)于手持設(shè)備，人機(jī)界面，虛擬現(xiàn)實(shí)和導(dǎo)航，請(qǐng)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(dòng)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(cè)，抽頭感應(yīng)，方向識(shí)別，平面檢測(cè)和低g/高g檢測(cè)提供運(yùn)動(dòng)觸發(fā)中斷信號(hào)，無需使用微控制器。它可以測(cè)量三個(gè)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(jì)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(dòng)和震動(dòng)。

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?，并提供精確的加速度傳感器數(shù)據(jù)，采用FlipCore地磁傳感技術(shù)和加速度計(jì)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(cè)量地球的地磁場(chǎng)，它還使用3軸加速度計(jì)測(cè)量動(dòng)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(shí)，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(jì)提供了上面討論的10位數(shù)字加速度計(jì)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(gè)人移動(dòng)設(shè)備，包括手機(jī)，筆記本電腦，MP3播放器等?；旧希瑐鞲衅魅诤鲜且粋€(gè)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(jí)功能，傳感器融合的概念將始終處于這些趨勢(shì)的最前沿。