一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备及方法，属于智能化检测及识别技术，第一传感器阵列，用于采集动作变化带来的被测位置信息，然后将其传送至处理单元，第二传感器，用于采集动作变化带来的动态信息以及与外界自然相对信息；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，将一部分数据保存至存储单元，另一方面将根据预设的动作指令执行设备本身的应用；所述存储单元，存储设备运行过程中需要存储的数据。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】
一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备及方法
本专利技术属于智能化检测及识别技术，尤其涉及一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备及方法。
技术介绍
近年来，人体动作识别和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。人体动作识别主要应用于公共场所、医疗、安防等领域；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。目前人体动作的识别领域，更多的是通过视频或图像的形式获取进而识别，随着电子器件的不断更新迭代，越来越多的人关注于利用穿戴传感器设备来对人体动作进行识别；随着无线技术的发展和覆盖的扩大，WiFi、蓝牙用于给可穿戴设备传输数据，并且取得了较好的成果。上述现有可穿戴传感器设备的人体动作识别技术中，有利用肌电传感器捕捉肌电信号的，也有超声波捕捉目标形状图形识别的，也有利用捕捉肌肉热图方式进行动作识别的，但大都是非映射式的传感器采集，在各种场景的应用中由于过分依赖于对动作最终目标位置的测定而具有局限性，且现存的不足之处还在于：一方面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，会给本来就很紧张的电池续航能力带来很大的挑战，同时智能穿戴设备图像采集和处理也极大的增加了功耗。另一方面，目前较多的肌电模式，有侵入型和非侵入型。关于侵入型，需要体内植入，这种方式并不适合普通用户；关于非侵入型方案，仍然对表面贴合要求比较高，对用户来说舒适度有影响，同时，此类方案对外界环境影响很敏感。目前的超声波、光学捕捉方案，主要集中方向在于捕捉目标的形状，需要捕捉装置与目标之间有比较好的通透性，如果中间有格挡，或者动作过程中捕捉结构与其他位置的接触带来的压力造成变形、位移等因素带来的引号扰动，会对识别结果造成影响。
技术实现思路
基于上述问题的不足，本专利技术提供了一款持续续航能力强、舒适度好、准确性高、可映射式的、非接触式的传感器的动作识别设备及其方法。本专利技术设备的技术方案为：一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的被测位置信息，然后将其传送至处理单元；所述第二传感器，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的动态信息，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，另一方面将动作变化匹配动作标识库，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；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，所述动作变化或动作变化映射带来的被测位置信息，是指直接对动作目标位置发生的动作变化进行信息采集，或者是对引起形变路径上其他部位的动作变化进行信息采集；所述被测位置是动作发生位置，或者是存在映射关系的位置。进一步，该设备置于被测对象接近位置，采用相对固定的方式放置于被测位置的投影区，传感器置于设备内，传感器与被测位置不接触。进一步，所述相对固定的方式可以为带状结构方式固定，或者是环状结构方式固定,亦或以模块形式依附于测量部位。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。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，置于邻近被测位置；或者置于腕部，捕捉发生映射或者非映射的腕部形变信息；或者置于手指关节处，捕捉发生映射或者非映射的手指形变信息；或者置于肘部内侧以及外侧，捕捉发生映射或者非映射的小臂形变信息；或者置于肩部，捕捉发生映射或者非映射的上臂形变信息；或者置于腰部，捕捉发生映射或者非映射的腰部形变信息；或者置于膝部内侧以及外侧，捕捉发生映射或者非映射的小腿形变信息；或者置于足踝周围，捕捉发生映射或者非映射的足踝动作形变信息；或者置于脚趾关节处，捕捉发生映射或者非映射的脚趾形变信息；或者置于耳部，捕捉发生映射或者非映射的耳朵动作形变信息；或者置于鼻部，捕捉发生映射或者非映射的鼻子动作形变信息；亦或者置于动物，机械物体相应发生映射或者非映射的形变位置。进一步，所述第一传感器阵列置于腕部时，捕捉腕部形变信息，对应的映射形变区域为手指关节活动的手势动作；此时，所述第二传感器采用加速度传感器和角度传感器，捕捉手势动作的形态为各个指头点击、抓握、握拳、伸掌、摆手多种手势。进一步，所述将预设的动作指令执行设备的应用包括执行命令驱动设备自身应用，或者通过无线单元执行其他可联网设备的应用，或者通过动作预判，执行协同外骨骼运行的应用。本专利技术的方法的技术方案为：一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备的方法，包括以下步骤：步骤1，动作识别设备置于被测对象接近位置，采用相对固定的方式放置于被测位置的投影区，传感器与被测位置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数据数字化和归一化；步骤3，处理单元根据传感器发送数据的变化建模，处理单元会将上述数据对时间求一阶导数和二阶导数，根据对时间的导数求得同一动作的不同速率；步骤4，处理单元将步骤3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5，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6，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，步骤1、2中，传感器与被测位置以非接触方式采集数值，并且处理单元将传感器发送数据数字化过程如下：情况1，如果是单个传感器变化，初始形变前：数学描述此时传感器值记为：C(ini)；形变产生时数学描述此时传感器值记为：C(max)；则此处形变过程中的传感器值在(C(ini)，C(max))间单调变化；将此位置值定义为A，则A在(C(ini)，C(max))间单调变化，定义为C(be)i，i表示可描述的多个中间态；当A值为C(ini)时，则可判定初始无形变；当A值为C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的被测位置信息，然后将其传送至处理单元；/n所述第二传感器，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的动态信息，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，另一方面将动作变化匹配动作标识库，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；/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】
1.一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的被测位置信息，然后将其传送至处理单元；
所述第二传感器，用于采集由于动作变化或动作变化映射带来的动态信息，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，另一方面将动作变化匹配动作标识库，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；
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所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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或2所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，所述动作变化或动作变化映射带来的被测位置信息，是指直接对动作目标位置发生的动作变化进行信息采集，或者是对引起形变路径上其他部位的动作变化进行信息采集；所述被测位置是动作发生位置，或者是存在映射关系的位置。


4.根据权利要求1所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，该设备置于被测对象接近位置，采用相对固定的方式放置于被测位置的投影区，传感器置于设备内，传感器与被测位置不接触。


5.根据权利要求4所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，所述相对固定的方式可以为带状结构方式固定，或者是环状结构方式固定,亦或以模块形式依附于测量部位。


6.根据权利要求1或2所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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。


7.根据权利要求1或2所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，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。


8.根据权利要求1或2所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，所述第一传感器阵列，置于邻近被测位置；
或者置于腕部，捕捉发生映射或者非映射的腕部形变信息；
或者置于手指关节处，捕捉发生映射或者非映射的手指形变信息；
或者置于肘部内侧以及外侧，捕捉发生映射或者非映射的小臂形变信息；
或者置于肩部，捕捉发生映射或者非映射的上臂形变信息；
或者置于腰部，捕捉发生映射或者非映射的腰部形变信息；
或者置于膝部内侧以及外侧，捕捉发生映射或者非映射的小腿形变信息；
或者置于足踝周围，捕捉发生映射或者非映射的足踝动作形变信息；
或者置于脚趾关节处，捕捉发生映射或者非映射的脚趾形变信息；
或者置于耳部，捕捉发生映射或者非映射的耳朵动作形变信息；
或者置于鼻部，捕捉发生映射或者非映射的鼻子动作形变信息；
亦或者置于动物，机械物体相应发生映射或者非映射的形变位置。


9.根据权利要求8所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，所述第一传感器阵列置于腕部时，捕捉腕部形变信息，对应的映射形变区域为手指关节活动的手势动作；此时，所述第二传感器采用加速度传感器和角度传感器，捕捉手势动作的形态为各个指头点击、抓握、握拳、伸掌、摆手多种手势。


10.根据权利要求1所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备，其特征在于，所述将预设的动作指令执行设备的应用包括执行命令驱动设备自身应用，或者通过无线单元执行其他可联网设备的应用，或者通过动作预判，执行协同外骨骼运行的应用。


11.根据权利要求1所述的一种利用传感器进行非接触映射式动作识别设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，动作识别设备置于被测对象接近位置，采用相对固定的方式放置于被测位置的投影区，传感器与被测位置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数据数字化和归一化；
步骤3，处理单元根据传感器发送数据的变化建模，处理单元会将上述数据对时间求一阶导数和二阶导数，根据对时间的导数求得同一...

【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