CN102932212A - 一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统,包括控制器和控制网络;所述控制器包括前端传感器,包括前端摄像头和音频传感器;信号预处理模块,包括视频预处理模块和音频预处理模块;核心处理芯片,包括唇语识别模块、人脸识别模块和手势识别模块和语音识别模块;所述控制网络包括设于控制器上的控制器通信模块及设于家电上的家电通信模块。本发明利用各技术在其应用领域的优势,取长补短,各技术模块相对独立又相互融合,实现了家居控制系统的稳定与操作的舒适。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居控制技术,特别涉及一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统。
背景技术
随着智能人机交互技术的飞速发展,各种各样的新型人机交互方式成为各国学者们研究的热门课题,同时已有不少新的人机交互方式走进了平常百姓家,为人们的日常生活及工作带来了各种便利。另一方面,随着三网技术日趋融合,智能家居这一概念日益得到实现,电脑已不再是人们获取信息、进行日常娱乐的唯一载体,不远的将来这一系列的功能将在我们的客厅中逐步得到实现。
但是我们也同样看到,如今的人机交互技术尚不成熟,仍然存在着许多难以跨越的技术瓶颈。各种人机交互技术,如手势识别、人脸识别、语音识别等,虽然都具有各自在实际运用上的优势,但是其现有的算法都仅针对特定的应用领域,还无法真正投入实际使用。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本发明的目的在于提供一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统,对唇语识别、人脸识别、手势识别和语音识别进行融合,利用各技术在其应用领域的优势,取长补短,各技术模块相对独立又相互融合,实现了家居控制系统的稳定与操作的舒适。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统,包括控制器和控制网络;所述控制器包括
前端传感器,包括前端摄像头和音频传感器;用于获取视频数据和音频数据;
信号预处理模块,包括视频预处理和音频预处理模块;用于对前端传感器获取到的视频数据和音频数据进行预处理,以提高各输入信号的质量,保证后端算法处理的稳定性;
核心处理芯片,包括唇语识别模块、人脸识别模块、手势识别模块和语音识别模块;
所述唇语识别模块用于对预处理后的视频数据取出唇语图像的特征,利用唇语信息识别当前用户的嘴型变化,使用唇语识别模块同时可以降低用户进行语音识别操作时的误判率,以保证在噪声环境中语音操作也能正常识别;
所述人脸识别模块用于对视频数据中用户脸部特征进行提取,对用户的身份和位置进行确定,识别出不同注册用户的身份主要是有利于整个系统个性化操作的定制,如不同控制权的授予,用户的位置信息可以用于辅助手势识别确定用户手的操作区域、确定用户进行语音操作时的方位,以提高麦克风用户方位的音频输入增益;当有多个可能的用户时,此模块能够识别出所有人脸的位置,并对所有用户身份进行判断,并分别进行处理,询问用户哪位摄像头视野中的用户将被授予控制权;
所述手势识别模块用于对预处理后的视频数据中手势信息进行提取,确定手型、手的运动轨迹、手在图像中的坐标信息,进而对任意手型进行跟踪,对手在图像中的轮廓进行分析,用户通过特定的手势或动作以获得整个系统的启动和控制权,以实现对控制界面进行漫游和快捷操作;
所述语音识别模块用于对预处理后的音频数据进行识别;语音识别模块的识别对象包括孤立词汇的语音识别和连续大词汇量的语音识别,前者主要用来确定控制指令,后者主要用于文本的输入;孤立词汇及连续大词汇量的识别包含自然语言的处理,以增加语音识别模块的智能及容错性,自然语言处理能够很好的结合用户进行语音操作的上下文,预判各种用户指令所要表达的本质信息,更好地识别用户的语音的意义,从而更好地触发相应的指令。
所述控制网络包括设于控制器上的通信模块及设于家电上的通信模块。
所述控制器还包括显示模块,用于显示控制面板,有各种供选择的菜单。
所述前端摄像头在任何光照条件下均采用红外光进行主动照明,并仅对系统设定的波段的场景红外光进行采集。
所述音频传感器为麦克风阵列或指向性麦克风。
所述设于控制器上的通信模块及设于家电上的通信模块均为无线通信模块。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
(1)本发明对现有的各种形式的人机交互技术,包括手势识别、语音识别、人脸识别、唇语识别技术等进行融合,利用各技术在其应用领域的优势,取长补短,各技术模块相对独立又相互融合,很好地做到了家居控制系统的稳定与操作的舒适。例如:利用唇语信息识别当前用户的嘴型变化,以此为依据降低用户进行语音识别操作时的误判率,以保证在噪声环境中语音操作也能正常识别;人脸识别模块识别出用户的位置信息,可以用于辅助手势识别确定用户手的操作区域、确定用户进行语音操作时的方位,以提高麦克风用户方位的音频输入增益;手势操作时双手需悬于半空,当用户操作时间过长时手臂会有酸痛感,这将给用户带来极大的不适,语音识别技术很好的解决了这一问题。
(2)本发明采用信号预处理模块对前端摄像头和音频传感器采集的数据进行预处理,提高了系统输入数据的质量及核心处理芯片的稳定性,使得系统能够很好地应对家居环境中各种不可预测的干扰,保证本系统最终能够很好地投入实际使用。
附图说明
图1为本发明的实施例的基于多通道交互方式的智能家居控制系统的组成示意图。
图2为本发明的实施例的核心处理芯片的工作流程图。
图3为本发明的实施例的控制网络的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示,本实施例的基于多通道交互方式的智能家居控制系统包括控制器和无线控制网络。所述控制器包括前端传感器、信号预处理模块、核心处理芯片。所述无线控制网络包括设于控制器上的无线发射模块及设于各家电(包括电视机、冰箱、空调等)上的无线接收模块。
所述前端传感器用于获取视频数据和音频数据,包括前端摄像头和音频传感器;前端摄像头在任何光照条件下均采用红外光进行主动照明,保证场景照明的唯一性及可控性,仅对系统设定的波段的场景红外光进行采集。同时对前端摄像头曝光时间、量化级数、数据量化范围、数据压缩等参数进行控制或固化,保证了前端视频数据获取的完全可控。
所述音频传感器为麦克风阵列或指向性麦克风。由于家居环境中存在各种形式的噪声干扰,而现有基于普通麦克风的音频获取方式对于用户语音及环境噪声具有相同的灵敏度,没有区别语音与噪声的能力,因此容易造成用户语音识别指令操作正确率的下降。使用麦克风阵列或指向性麦克风可以克服上述问题,使用声源定位与语音增强算法跟踪操作用户的声音并对其声音信号进行增强,抑制周围环境噪声及人声干扰的影响,提高系统语音音频输入的信噪比,保证后端算法获取数据质量的可靠。
信号预处理模块,包括视频预处理模块和音频预处理模块;用于对前端传感器获取到的视频数据和音频数据进行预处理,以提高各输入信号的质量,保证后端算法处理的稳定性。
核心处理芯片,包括唇语识别模块、人脸识别模块和手势识别模块和语音识别模块。
所述唇语识别模块用于对预处理后的视频数据取出唇语图像的特征,利用唇语图像的特征识别当前用户的嘴型变化,使用唇语识别模块同时可以降低用户进行语音识别操作时的误判率,以保证在噪声环境中语音操作也能正常识别;然而,此模块主要用于但不局限于辅助语音识别模块。
所述人脸识别模块用于对视频数据中用户脸部特征进行提取,对用户的身份和位置进行确定,识别出不同注册用户的身份主要是有利于整个系统个性化操作的定制,如不同控制权的授予,用户的位置信息可以用于辅助手势识别确定用户手的操作区域、确定用户进行语音操作时的方位,以提高麦克风用户方位的音频输入增益;当有多个可能的用户时,此模块能够识别出所有人脸的位置,并对所有用户身份进行判断,并分别进行处理,询问用户哪位摄像头视野中的用户将被授予控制权。
所述手势识别模块用于对预处理后的视频数据中手势信息进行提取,确定手型和手的运动轨迹、手在图像中的坐标信息,进而对任意手型进行跟踪,对手在图像中的轮廓进行分析,用户通过特定的手势或动作以获得整个系统的启动和控制权,以实现对控制界面进行漫游和快捷操作;
所述语音识别模块用于对预处理后的音频数据进行识别;语音识别模块的识别对象包括孤立词汇的语音识别和连续大词汇量的语音识别,前者主要用来确定控制指令,后者主要用于文本的输入;孤立词汇及连续大词汇量的识别包含自然语言的处理,以增加语音识别模块的智能及容错性,自然语言处理能够很好的结合用户进行语音操作的上下文,预判各种用户指令所要表达的本质信息,更好地识别用户的语音的意义,从而更好地触发相应的指令。
本是实施例采用电视机作为控制器的显示模块,用于显示控制面板,有各种供选择的菜单。
如图2和图3所示,本实施例的基于多通道交互方式的智能家居控制系统的工作过程如下:前端摄像头采集到的视频数据经信号预处理模块预处理后由核心处理芯片中的唇语识别模块、人脸识别模块和手势识别模块进行识别,音频传感器采集到的视频数据经信号预处理模块预处理后由核心处理芯片中的语音识别模块进行识别和自然语言处理,识别结果由控制器无线发射模块发送到各家电无线接收模块,各家电执行相应操作。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于多通道交互方式的智能家居控制系统,其特征在于,包括控制器和控制网络;所述控制器包括
前端传感器,包括前端摄像头和音频传感器;用于获取视频数据和音频数据;
信号预处理模块,包括视频预处理模块和音频预处理模块;用于对前端传感器获取到的视频数据和音频数据进行预处理;
核心处理芯片,包括唇语识别模块、人脸识别模块和手势识别模块和语音识别模块;所述唇语识别模块用于对预处理后的视频数据取出唇语图像的特征,利用唇语图像的特征识别当前用户的嘴型变化;所述人脸识别模块用于对预处理后的视频数据中用户脸部特征进行提取,对用户的身份和位置进行确定;所述手势识别模块用于对预处理后的视频数据中手势信息进行提取,确定手型和手的运动轨迹、手在图像中的坐标信息,进而对任意手型进行跟踪,对手在图像中的轮廓进行分析;所述语音识别模块用于对预处理后的音频数据进行识别;
所述控制网络包括设于控制器上的控制器通信模块及设于家电上的家电通信模块。
2.根据权利要求1所述的基于多通道交互方式的智能家居控制系统,其特征在于,所述控制器还包括显示模块,用于显示控制面板。
3.根据权利要求1所述的基于多通道交互方式的智能家居控制系统,其特征在于,所述前端摄像头在任何光照条件下均采用红外光进行主动照明,仅对系统设定的波段的场景红外光进行采集。
4.根据权利要求1所述的基于多通道交互方式的智能家居控制系统,其特征在于,所述音频传感器为麦克风阵列或指向性麦克风。
5.根据权利要求1所述的基于多通道交互方式的智能家居控制系统,其特征在于,所述设于控制器上的通信模块及设于家电上的通信模块均为无线通信模块。
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