一种传感器的手势识别设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种传感器的手势识别设备及方法，属于智能化检测及识别技术，所述第一传感器阵列，用于采集手指形变信息；所述第二传感器，用于采集手指形变的动态信息；所述处理单元，一方面用于将传感器上报的数据处理后识别动作变化，将一部分数据保存至存储单元，处理单元根据不同的信息采集区分不同的动作，最后将预设的动作指令执行设备的应用；所述存储单元，存储设备运行过程中需要存储的模型参数数据及建立的动作标识库；所述供电单元，负责整个设备的供电。本发明专利技术的设备能够应用在可穿戴领域，对于传感器的应用通过蓝牙，wifi等技术传送数据，本发明专利技术不但有很强的电池续航能力而且又能保证穿戴设备记录数据的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种传感器的手势识别设备及方法
本专利技术属于智能化检测及识别技术，尤其涉及一种传感器的手势识别设备及其方法。
技术介绍
近年来，手势识别逐渐成为了研究的热点，并且取得了不错的研究成果。手势识别的应用大部分应用于智能家居的控制、感知方面的应用，教育学习、非能力限制的人员的表达等。目前市场手势识别方案主要采用惯性识别，传统光学等方式测量手势。惯性识别手段往往存在以下不足，其一，惯性漂移问题以及需要远离磁场干扰；其二，惯性识别手段需要依赖初始参考状态做动态判别。关于传统光学手段则需要分离式较大设备进行测量，不便于携带，此外，采用传统光学手段测量手势还存在当扫描位置被遮挡时将会导致无法测量的缺点。
技术实现思路
基于上述问题的不足，本专利技术提供了便携式，不惧遮挡，不受磁场干扰，无惯性漂移的一种传感器的手势识别设备及其方法。本专利技术设备的技术方案为：一种传感器的手势识别设备，包括传感器、处理单元、存储单元、供电单元；所述处理单元分别和传感器、存储单元、供电单元相连接；所述传感器包括第一传感器阵列，第二传感器；所述第一传感器阵列，置于手指关节处，采集手指形变信息，然后将其传送至处理单元；所述第二传感器，用于采集手指形变的动态信息，包括速度信息、或者加速度信息、或者角速度信息，以及与外界自然参考的方向、或者角度信息；所述处理单元，一方面用于将手指形变动作变化信息匹配动作标识库，如果与动作标识库中预设动作指令匹配，则执行对应预设操作，处理单元根据不同的信息采集区分不同的动作，最后将预设的动作指令执行设备的应用；另一方面，处理单元还用于将一部分数据保存至存储单元；所述存储单元，存储设备运行过程中需要存储的模型参数数据及建立的动作标识库；所述供电单元，负责整个设备的供电。进一步，还包括无线单元，所述处理单元还用于将需要远程传输的数据通过无线单元发出，所述无线单元按照处理单元指示与其他联网设备通信，将信号包括动作识别结果发送至其他联网设备。进一步，该设备采用相对固定的方式放置于手指关节的投影区，所述相对固定的方式采用包裹手套的形式固定，或者通过指环的方式固定。进一步，所述第一传感器阵列为电容式传感器，或者电感式传感器，或者超声波传感器，或者红外线传感器，或者激光传感器，或者电桥式传感器，或者压电式传感器，或者霍尔传感器。进一步，当采用电容式传感器，或者电感式传感器，或者电桥式传感器，或者压电式传感器，或者霍尔传感器时，利用形变发生时手指关节/指肚与传感器之间受力挤压导致传感器感受应力变化来测量形变；当采用超声波传感器，或者红外线传感器，或者激光传感器来测量发生形变时，由于手指关节/指肚与传感器之间受力导致关节/指肚与传感器距离发生变化来测量形变。进一步，所述第二传感器为陀螺仪，或者加速度传感器，或者地磁传感器，或者气压传感器。进一步，所述第一传感器阵列采集手指形变信息包括采集手指关节变化导致的手指弯曲信息，或者手指与手掌连接关节变化导致的手指间并拢张开信息，或者在指根部位布置传感器，捕捉手指间并拢张开信息。本专利技术的方法的技术方案为：一种传感器的手势识别设备的方法，包括以下步骤：步骤1，手势识别设备置于手指关节接近位置，各个手指间，以及各个指尖，的投影区固定于手套位置，传感器与手指关节以非接触方式采集数值，并将采集的数值传给处理单元；步骤2，处理单元将传感器发送的手指弯曲动作，或者指缝张开/合拢动作，或者手指尖接触的动作进行数据数字化和归一化；步骤3，处理单元将步骤2的信息建模并据此建立动作标识库，同时将动作标识库设置为预设动作指令进行操作；处理单元将模型参数建库后保存于存储单元，处理单元会针对不同动作建立不同模型；步骤4，待动作再次发生时，处理单元会根据形变信息匹配动作标识库，如果与动作标识库中预设动作指令匹配，则执行对应预设操作，不同的动作产生不同的形变，传感器反馈不同的信息，处理单元根据不同的信息区分不同的动作；步骤5，动作判定生效后，传感器将根据本次数据修正数学模型，数学模型一直处于动态状态。进一步，所述步骤1、2中，传感器与手指关节以非接触方式采集数值，并且处理单元将传感器发送的手指弯曲动作进行数据数字化过程如下：在各个手指关节或指尖以及指肚处布置以上所述传感器矩阵，用来识别手指关节的形变或手指具体位置的接近：当传感器无形变时，设状态为0，当发生形变是设状态为1；假如识别的为食指，当手指伸直时，食指自上而下三处关节每处关节设置两个传感器阵列组成传感器矩阵可以描述如下：当手指发生弯曲时，假如为第二关节弯曲，则传感器矩阵可以描述如下：由于同一关节内外两侧传感器反馈状态相同，需要时可以选择内测或外侧，则此时矩阵简化为：将此模型推广到五个手指，将五个手指分别设为a，b，c，d，e，则五个手指自上而下三处关节的矩阵可以表达如下：当食指如之前所示第二关节弯曲，其余各个手指均伸直时，传感器矩阵反馈如下：由以上传感器矩阵St的返回值，可以得到所有手指所有关节的形变；对于单个关节形变，传感器在识别到关节由0度到90度之间的弯曲，将之前的(0，1)状态可以宽展为间的弧度，由此，当食指如第二关节45度弯曲，其余各个手指均伸直时，传感器矩阵反馈如下：当拇指第一关节90度弯曲，其余四指第二关节90度弯曲时，矩阵反馈如下以上为单手配置，另一只手做同样配置，两只手装置以无线，例如WIFI、蓝牙相连，进行同步，可以判定双手手指动作以及手势方向。进一步，所述指缝张开/合拢动作识别过程如下：在各个手指某段处四周布置传感器，则传感器矩阵为：则接近传感器时设定阈值为1，周围无物体为0；将此模型推广到五个手指，将五个手指分别设为a，b，c，d，e，则五个手指的矩阵可以表达如下：当五指叉开时，传感器返回值为当五指并拢时，传感器返回值为当手握拳时，传感器矩阵返回值如下：当食指和拇指并拢，其他三指张开时，传感器矩阵返回值为当中指搭在食指上，其他手指张开时，由此规则，可以得知所有手指的张开/合拢状态，以上为单手配置，另一只手做同样配置，两只手装置以无线，例如WIFI、蓝牙相连，进行同步，可以判定双手手指动作以及手势方向。相比目前其他方案，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术的手势识别主要由手指关节和腕关节的形变呈现，可以通过捕捉以上位置的变化来跟踪手势。关于本专利技术由于采用非接触式，降低了类似体内植入或者表面贴合给用户带来的不适问题；在测量过程中具有便携式，不惧遮挡，不受磁场干扰，无惯性漂移的特点。本专利技术的设备能够应用在可穿戴领域，对于传感器的应用通过蓝牙，wifi等技术传送数据，本专利技术不但有很强的电池续航能力而且又能保证穿戴设备记录数据的准确性。附图说明图1为物体表面发生形变时会由平整转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器的手势识别设备，其特征在于，包括传感器、处理单元、存储单元、供电单元；所述处理单元分别和传感器、存储单元、供电单元相连接；/n所述传感器包括第一传感器阵列，第二传感器；/n所述第一传感器阵列，置于手指关节处，采集手指形变信息，然后将其传送至处理单元；/n所述第二传感器，用于采集手指形变的动态信息，包括速度信息、或者加速度信息、或者角速度信息，以及与外界自然参考的方向、或者角度信息；/n所述处理单元，一方面用于将手指形变动作变化信息匹配动作标识库，如果与动作标识库中预设动作指令匹配，则执行对应预设操作，处理单元根据不同的信息采集区分不同的动作，最后将预设的动作指令执行设备的应用；另一方面，处理单元还用于将一部分数据保存至存储单元；/n所述存储单元，存储设备运行过程中需要存储的模型参数数据及建立的动作标识库；/n所述供电单元，负责整个设备的供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种传感器的手势识别设备，其特征在于，包括传感器、处理单元、存储单元、供电单元；所述处理单元分别和传感器、存储单元、供电单元相连接；
所述传感器包括第一传感器阵列，第二传感器；
所述第一传感器阵列，置于手指关节处，采集手指形变信息，然后将其传送至处理单元；
所述第二传感器，用于采集手指形变的动态信息，包括速度信息、或者加速度信息、或者角速度信息，以及与外界自然参考的方向、或者角度信息；
所述处理单元，一方面用于将手指形变动作变化信息匹配动作标识库，如果与动作标识库中预设动作指令匹配，则执行对应预设操作，处理单元根据不同的信息采集区分不同的动作，最后将预设的动作指令执行设备的应用；另一方面，处理单元还用于将一部分数据保存至存储单元；
所述存储单元，存储设备运行过程中需要存储的模型参数数据及建立的动作标识库；
所述供电单元，负责整个设备的供电。


2.根据权利要求1所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，还包括无线单元，所述处理单元还用于将需要远程传输的数据通过无线单元发出，所述无线单元按照处理单元指示与其他联网设备通信，将信号包括动作识别结果发送至其他联网设备。


3.根据权利要求1所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，该设备采用相对固定的方式放置于手指关节的投影区，所述相对固定的方式采用包裹手套的形式固定，或者通过指环的方式固定。


4.根据权利要求1或2所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，所述第一传感器阵列为电容式传感器，或者电感式传感器，或者超声波传感器，或者红外线传感器，或者激光传感器，或者电桥式传感器，或者压电式传感器，或者霍尔传感器。


5.根据权利要求4所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，当采用电容式传感器，或者电感式传感器，或者电桥式传感器，或者压电式传感器，或者霍尔传感器时，利用形变发生时手指关节/指肚与传感器之间受力挤压导致传感器感受应力变化来测量形变；当采用超声波传感器，或者红外线传感器，或者激光传感器来测量发生形变时，由于手指关节/指肚与传感器之间受力导致关节/指肚与传感器距离发生变化来测量形变。


6.根据权利要求1或2所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，所述第二传感器为陀螺仪，或者加速度传感器，或者地磁传感器，或者气压传感器。


7.根据权利要求1或2所述的一种传感器的手势识别设备，其特征在于，所述第一传感器阵列采集手指形变信息包括采集手指关节变化导致的手指弯曲信息，或者手指与手掌连接关节变化导致的手指间并拢张开信息，或者在指根部位布置传感器，捕捉手指间并拢张开信息。


8.根据权利要求1所述的一种传感器的手势识别设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，手势识别设备置于手指关节接近位置，采用相对固定的方式放置于手指关节的投影区，传感器与手指关节以非接触方式采集数值，并将采集的数值传给处理单元；
步骤2，处理单元将传感器发送的手指弯曲动作，或者指缝张开/合拢动作进行数据数字化和归一化；
步骤3，处理单元将步骤2的信息建模并据此建立动作标识库，同时将动作标识库设置为预设动作指令进行操...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，
申请(专利权)人：北京智宸天驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11