一种手势识别方法、装置及系统制造方法及图纸

一种手势识别方法、装置及系统，包括：通过设于指尖和第三指关节的惯性传感器获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，根据预设的近似求解公式求取所建立的指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组，将计算得到的弯曲角度θ1、θ2、θ3发送至预设三维模型中，生成相应的手势。借助于通过坐标信息反向求解弯曲角度的数学模型，能够高效率的计算得到精准的弯曲角度的相关信息，减少了传统的手势识别方法中所需用到的惯性传感器的数量，极大地精简了手势识别产品的结构，例如数据手套的结构，同时，由于惯性传感器的使用数量减少，使得数据手套的便携性和操作性大大提高，并降低了数据手套的制造难度和成本，用户体验更好。

【技术实现步骤摘要】
一种手势识别方法、装置及系统
本专利技术属于动作捕捉
，尤其涉及一种手势识别方法、装置及系统。
技术介绍
惯性式动作捕捉技术是基于惯性传感器动作捕捉设备的动作捕捉技术，通过利用加速度计、陀螺仪与磁力计的九轴惯性传感器，测定各个节点的姿态和相对位置来捕捉手部的动作变化，但是，由于惯性传感器的测量精度相对较低，在进行复杂的手部动作捕捉时，需要大量的惯性传感器进行位置校准和补偿，即在手指的各个节点或关节处均需要设置有惯性传感器以获取精确的姿态信息，从而实现手势的识别，这样，由于所使用的惯性传感器数量较多，导致数据手套的制造困难，成本较高，而且在佩戴方便的便携性不高，使得用户体验较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种手势识别方法、装置及系统，以解决现有技术中由于所使用的惯性传感器数量较多，导致数据手套的制造困难，成本较高，而且在佩戴方便的便携性不高，使得用户体验较差的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种手势识别方法，包括：获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指尖相对于第三指关节的坐标值；建立指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组：x＝a4*sin(θ1+θ2+θ3)+a3*sin(θ1+θ2)+a2*sin(θ1)y＝a4*cos(θ1+θ2+θ3)+a3*cos(θ1+θ2)+a2*cos(θ1)其中，x、y为指尖相对于第三指关节的坐标值中的x值和y值，a2为第三指关节到第二指关节之间的指节长度，a3为第二指关节到第一指关节之间的指节长度，a4为第一指关节到指尖之间的指节长度，θ1为所需求解的第三指关节相对于手背的弯曲角度、θ2为所需求解的第二指关节相对于第三指关节的弯曲角度、θ3为所需求解的指尖相对于第二指关节的弯曲角度；通过预设的近似求解公式求解所述弯曲角度θ1、θ2、θ3，所述近似求解公式为：θ3＝θ2其中，alpha与y正相关，当y＞0时，alpha＝1；当y＝0时，alpha＝0；当y＜0时，alpha＝-1；V＝a2+a3*cos(θ2)+a4*cos(2*θ2)；W＝a3*sin(θ2)+a4*sin(2*θ2)；将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中，生成相应的手势。本专利技术实施例的第二方面提供了一种手势识别装置，包括：坐标值计算单元，用于获取指尖和第三指关节的坐标信息；方程组建立单元，用于建立指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组：x＝a4*sin(θ1+θ2+θ3)+a3*sin(θ1+θ2)+a2*sin(θ1)y＝a4*cos(θ1+θ2+θ3)+a3*cos(θ1+θ2)+a2*cos(θ1)其中，x、y为指尖相对于第三指关节的坐标值中的x值和y值，a2为第三指关节到第二指关节之间的指节长度，a3为第二指关节到第一指关节之间的指节长度，a4为第一指关节到指尖之间的指节长度，θ1为所需求解的第三指关节相对于手背的弯曲角度、θ2为所需求解的第二指关节相对于第三指关节的弯曲角度、θ3为所需求解的指尖相对于第二指关节的弯曲角度；角度近似求解单元，用于通过预设的近似求解公式求解所述弯曲角度θ1、θ2、θ3，所述近似求解公式为：θ3＝θ2其中，alpha与y正相关，当y＞0时，alpha＝1；当y＝0时，alpha＝0；当y＜0时，alpha＝-1；V＝a2+a3*cos(θ2)+a4*cos(2*θ2)；W＝a3*sin(θ2)+a4*sin(2*θ2)；手势生成单元，用于将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中，生成相应的手势。本专利技术实施例的第三方面提供了一种手势识别系统，包括：处理器(processor)，通信接口(CommunicationsInterface)，存储器(memory)，总线；处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信；通信接口，用于与惯性传感器通信；处理器，用于执行程序；其中，所述程序包括：坐标值计算单元，用于获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指尖相对于第三指关节的坐标值。方程组建立单元，用于建立指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组。角度近似求解单元，用于通过预设的近似求解公式求解所述弯曲角度θ1、θ2、θ3。手势生成单元，用于将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中，生成相应的手势。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：借助于通过坐标信息反向求解弯曲角度的数学模型，能够高效率的计算得到精准的弯曲角度θ1、θ2、θ3的相关信息，减少了传统的手势识别方法中所需用到的惯性传感器的数量，极大地精简了手势识别产品的结构，例如数据手套的结构，同时，由于惯性传感器的使用数量减少，使得数据手套的便携性和操作性大大提高，并降低了数据手套的制造难度和成本，用户体验更好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种手势识别方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种计算指尖相对于第三指关节的坐标值的方法的实现流程图；图3是本专利技术实施例提供的一种求解手指在z轴方向的角度值的方法的具体实现流程图；图4是本专利技术实施例提供的一种进行误差调整角度的方法的具体实现流程图；图5是本专利技术实施例提供的一种根据所述误差值对所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值进行相应调整的方法的具体实现流程图；图6是本专利技术实施例提供的一种坐标信息与误差调整角度的关系示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种手势识别装置的结构框图；图8是本专利技术实施例提供的一种手势识别系统的示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图1示出了本专利技术实施例提供的一种手势识别方法的实现流程，详述如下：在步骤S101中，获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指尖相对于第三指关节的坐标值。在本专利技术实施例中，世界空间坐标系为绝对坐标系，处于该空间内的所有点的坐标都是以该坐标系的原点来确定各自的位置的。在这里，由惯性传感器采集指尖和第三指关节在世界空间内的坐标信息，即指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息。具体地，在用户的指尖和第三指关节上分别设有一个惯性传感器，其中设于第三指关节的惯性传感器还具有定位功能。优选的，设于指尖的惯性传感器也可以具有定位功能，使得所获取的坐标信息更加精确。在这里，惯性传感器可以是相互独立设于用户指尖和第三指关节上的。或者，惯性传感器设于用户所穿戴的数据手套上，具体为：分别在数据手套的指尖位置和第三指关节位置设有惯性传感器，其中设于第三指关节位置的惯性传感器具有定位功能，在这里，对于数据手套的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手势识别方法，其特征在于，包括：获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指尖相对于第三指关节的坐标值；建立指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组：x＝a4*sin(θ1+θ2+θ3)+a3*sin(θ1+θ2)+a2*sin(θ1)y＝a4*cos(θ1+θ2+θ3)+a3*cos(θ1+θ2)+a2*cos(θ1)其中，x、y为指尖相对于第三指关节的坐标值中的x值和y值，a2为第三指关节到第二指关节之间的指节长度，a3为第二指关节到第一指关节之间的指节长度，a4为第一指关节到指尖之间的指节长度，θ1为所需求解的第三指关节相对于手背的弯曲角度、θ2为所需求解的第二指关节相对于第三指关节的弯曲角度、θ3为所需求解的指尖相对于第二指关节的弯曲角度；通过预设的近似求解公式求解所述弯曲角度θ1、θ2、θ3，所述近似求解公式为：

【技术特征摘要】
1.一种手势识别方法，其特征在于，包括：获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指尖相对于第三指关节的坐标值；建立指尖相对于第三指关节坐标系的指关节弯曲角度求解方程组：x＝a4*sin(θ1+θ2+θ3)+a3*sin(θ1+θ2)+a2*sin(θ1)y＝a4*cos(θ1+θ2+θ3)+a3*cos(θ1+θ2)+a2*cos(θ1)其中，x、y为指尖相对于第三指关节的坐标值中的x值和y值，a2为第三指关节到第二指关节之间的指节长度，a3为第二指关节到第一指关节之间的指节长度，a4为第一指关节到指尖之间的指节长度，θ1为所需求解的第三指关节相对于手背的弯曲角度、θ2为所需求解的第二指关节相对于第三指关节的弯曲角度、θ3为所需求解的指尖相对于第二指关节的弯曲角度；通过预设的近似求解公式求解所述弯曲角度θ1、θ2、θ3，所述近似求解公式为：θ3＝θ2其中，alpha与y正相关，当y＞0时，alpha＝1；当y＝0时，alpha＝0；当y＜0时，alpha＝-1；V＝a2+a3*cos(θ2)+a4*cos(2*θ2)；W＝a3*sin(θ2)+a4*sin(2*θ2)；将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中，生成相应的手势。2.如权利要求1所述的手势识别方法，其特征在于，所述计算指尖相对于第三指关节的坐标值的步骤，具体包括：获取所述第三指关节在世界空间坐标系下的绝对角度值；根据所述坐标信息和所述绝对角度值计算第三指关节坐标系的三个单位轴向量在世界空间坐标系中的表示x、y、z，建立变换矩阵通过所述变换矩阵计算出指尖相对于第三指关节的坐标值。3.如权利要求1所述的手势识别方法，其特征在于，在所述将所述相对弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中的步骤之前，还包括：通过预设的三角函数公式求解手指在世界空间坐标系下z轴方向的角度θz；将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值和所述手指在z轴方向的角度θz的值，发送至预设三维模型中。4.如权利要求1所述的手势识别方法，其特征在于，在所述将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值发送至预设三维模型中的步骤之前，还包括：将所述弯曲角度θ1、θ2、θ3的值代入所述指关节弯曲角度求解方程组中，计算指尖的模拟坐标值；通过预设的距离函数计算所述指尖的模拟坐标值与所述指尖的坐标信息的距离值以确定两者之间的误差；确定所述距离值是否超过预设距离阈值；当所述距离值超过预设距离阈值时，根据所述指尖的模拟坐标值与所述指尖的坐标信息计算误差调整角度θc；根据所述误差调整角度θc相应调整所述弯曲角度θ1、θ2、θ3中的θ1。5.如权利要求4所述的手势识别方法，其特征在于，所述根据所述指尖的模拟坐标值与所述指尖的坐标信息计算误差调整角度θc的步骤，包括：通过矢量计算得到所述指尖的模拟坐标值所在点和所述指尖的坐标信息所在点到坐标原点的长度a和b，以及所述指尖的模拟坐标值所在点到所述指尖的坐标信息所在点的长度c；通过预设的三角函数公式求解所述指尖的模拟坐标值所在点与所述指尖的坐标信息所在点到坐标原点之间的夹角θc；所述预设的三角函数公式为：将所述夹角θc设定为误差调整角度。6.一种手势识别装置，其特征在于，包括：坐标值计算单元，用于获取指尖和第三指关节在世界空间坐标系下的坐标信息，计算指...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗凯，张进，胡文轩，杨帆，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44