CN103197762A - 一种可扩大识别距离的体感外部设备与人体高度识别方法 - Google Patents
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Abstract
一种可扩大识别距离的体感外部设备与人体高度识别方法属于体感设备的扩展设备与扩展识别方法；本发明的体感外部设备，通过在体感设备前端放置猫眼或望远镜，实现视场角的改变，从而将目标人体与体感设备所成视场角调整到体感设备所能识别目标人体动作的视场角范围内，因此可以实现扩大识别距离；本发明人体高度识别方法通过对体感外部设备焦距和角放大率以及目标人体的像高，计算得到目标人体的实际高度，增加了目标人体的高度信息；本发明可以突破体感设备识别距离的限制，扩大体感设备的应用范围，使体感设备的应用从游戏、娱乐扩展到安防、军事、医疗、教育、工程和银行等领域。
Description
技术领域
一种可扩大识别距离的体感外部设备与人体高度识别方法属于体感设备的扩展设备与扩展识别方法，尤其涉及一种可以扩大体感识别距离的体感设备的扩展设备与扩展识别方法。
背景技术
早期的体感设备是连接到游戏主机上的外部设备，它通过感应器接收玩家的动作或/和语音信息，实现对游戏的控制。体感设备突破了传统游戏控制模式，无需玩家操作手中的游戏手柄，即可进行游戏。这种全新的利用肢体语言和声音控制游戏的方式，不仅给玩家带来全新的游戏体验和更丰富的操作空间，而且对减轻游戏疲劳和锻炼身体起到积极作用。
目前主流的体感设备包括任天堂Wii游戏机、索尼PS3的PlayStation Move体感设备、Leap Motion手势运动识别设备、微软公司的Kinect体感设备以及华硕公司Xtion PRO。
无论任天堂的Wii游戏机还是PlayStation Move体感设备，均需要手持与主机相连接或匹配的特殊设备才能使用，这种被动式感应方式，限制了它们在其它领域中的应用。
Leap Motion是手势运动设备，无需手持特殊设备，即可通过手指直接控制电脑，可以完成图片缩放、移动、旋转、指令操作、精准控制、隔空书写等工作，而且系统的感应区间能够精确到百分之一毫米。这种主动式体感识别方式及高精度感应区间，可能会对某些传统行业带来深刻影响，比如说雕塑家、建筑师可以利用该技术完成一份虚拟的作品，然后再通过3D打印技术把模型或实物打印出来；医生可利用该技术做实验或者模拟手术等等。但是，由于Leap Motion只能完成手部动作的识别，因此手部在前、并且近识别距离的适用条件，也使其应用领用受到限制。
而微软公司的Kinect体感设备和华硕公司Xtion PRO是人体交互领域的第三代革命性产品，并将成为未来体感技术的丰碑。它采用主动式识别方式，无需被识别对象手持任何控制器，仅需要一个外部体感设备既可以同时进行语音和动作的识别，而且在30Hz的条件下可以同时捕捉多个人的48个骨骼动作，另外其成像的光谱范围更宽，可在可见光波段和红外波段分别成RGB图像和红外深度图像。Kinect体感设备和华硕公司Xtion PRO识别语音和骨骼动作、以及宽波段的特殊性能，使其具有可以应用到社会生活中更多领域的潜质。
遗憾的是，Kinect设备为游戏而开发，使其识别距离仅局限于1.5m到4m范围内。不能在其它距离范围内进行识别的技术瓶颈在于，当识别距离小于1.5m时，Kinect设备的视场只能覆盖人体的一部分造成某些部位无法成像；而当识别距离大于4m时，人体在Kinect设备视场中目标太小而无法识别。为了使小居室环境下的玩家可以使用Kinect设备，普遍采用的方式是在Kinect设备前方配置“猫眼”的外部设置，增大视场角，可以使识别距离拉近到0.5m。然而这项技术仍然不能满足4m之外识别距离的要求，这个劣势限制了体感设备在远距离动作识别场所的应用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可以使体感设备识别4m以外目标人体动作的外部设备，并进行人体高度识别。为了解决上述问题，本发明设计了一种体感外部设备与人体高度识别方法，该体感外部设备可以增加体感设备的目标识别距离，同时该人体高度识别方法可以判断目标人体的身高。
本发明的目的是这样实现的：
一种可扩大识别距离的体感外部设备，包括电动转轴，绕电动转轴旋转的转盘，沿转盘半径方向设置有多个圆孔阵列，从半径远端到圆心方向，每个圆孔阵列上分布有外圆孔、中圆孔和内圆孔；所有外圆孔距离电动转轴轴心的距离相等，所有中圆孔距离电动转轴轴心的距离相等，所有内圆孔距离电动转轴轴心的距离相等；一个圆孔阵列上安装有角放大率相同的猫眼，一个圆孔阵列为通孔，其余圆孔阵列上安装有角放大率相同的望远镜，分布在外圆孔和内圆孔上的猫眼和望远镜为红外波段，分布在中圆孔上的猫眼和望远镜为可见光波段；外圆孔与中圆孔圆心的距离与体感设备红外发射端与可见光接收端距离相等，中圆孔与内圆孔圆心的距离与体感设备可见光接收端与红外接收端距离相等。
上述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，设置在不同圆孔阵列上的望远镜角放大率不同。
上述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，相邻的两个圆孔阵列所在半径所成圆心角相等。
上述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，沿顺时针或逆时针方向，圆孔阵列上依次安装猫眼、设置为通孔、安装望远镜。
当圆孔阵列的数量多于3个时，沿猫眼、通孔、望远镜的方向，安装在不同圆孔阵列上的望远镜角放大率依次增大。
上述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，所述的猫眼和望远镜的出瞳与体感设备的入瞳大小相同，且位于同一竖直平面内。
上述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，在外圆孔和中圆孔之间位置，还包括有小圆孔，外圆孔与小圆孔圆心的距离与体感体感设备红外发射端与LED指示灯距离相等。
一种利用上述可扩大识别距离的体感外部设备进行的人体高度识别方法，包括以下步骤：
步骤S1：调整电动转轴，使安装猫眼的圆孔阵列置于体感设备前端；
步骤S2：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S3；
步骤S3：调整电动转轴，使设置成通孔的圆孔阵列置于体感设备前端；
步骤S4：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S5；
步骤S5：调整电动转轴，使安装角放大率最小的望远镜的圆孔阵列置于体感设备前端；
步骤S6：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S7；
步骤S7：调整电动转轴，使安装角放大率更大的望远镜的圆孔阵列置于体感设备前端，执行步骤S6；
步骤S8：结合猫眼或望远镜的焦距和角放大率，计算目标人体的高度。
由于本发明可扩大识别距离的体感外部设备，通过在体感设备前端放置猫眼或望远镜，实现视场角的改变，从而将目标人体与体感设备所成视场角调整到体感设备所能识别目标人体动作的视场角范围内，因此可以实现扩大识别距离；本发明人体高度识别方法通过对体感外部设备焦距和角放大率以及目标人体的像高，计算得到目标人体的实际高度，增加了目标人体的高度信息；本发明突破体感设备识别距离的限制，扩大体感设备的应用范围，使体感设备的应用从游戏、娱乐扩展到安防、军事、医疗、教育、工程和银行等领域。
附图说明
图1是本发明可扩大识别距离的体感外部设备结构示意图。
图2是采用可扩大识别距离的体感外部设备进行的人体高度识别方法流程图。
图中：1电动转轴、2转盘、3圆孔阵列、4猫眼、5望远镜、6小圆孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例中的体感设备为微软公司的Kinect体感设备，可扩大识别距离的体感外部设备结构示意图如图1所示，该体感外部设备包括电动转轴1，绕电动转轴1旋转的转盘2，在本实施例中，沿转盘2半径方向设置有四个圆孔阵列3，相邻两个圆孔阵列3所在半径所成圆心角为90度，从半径远端到圆心方向，每个圆孔阵列3上分布有外圆孔、小圆孔6、中圆孔和内圆孔；所有外圆孔距离电动转轴1轴心的距离相等，所有小圆孔6距离电动转轴1轴心的距离相等，所有中圆孔距离电动转轴1轴心的距离相等，所有内圆孔距离电动转轴1轴心的距离相等；在本实施例中，沿顺时针方向，第一个圆孔阵列3上安装有角放大率相同的猫眼4，第二个圆孔阵列3为通孔，第三个和第四个圆孔阵列3上均安装有角放大率相同的望远镜5，且第四个圆孔阵列3上的望远镜5比第三个圆孔阵列3上的望远镜5角放大率大；分布在外圆孔和内圆孔上的猫眼4和望远镜5为红外波段，分布在中圆孔上的猫眼4和望远镜5为可见光波段；外圆孔与中圆孔圆心的距离与体感设备红外发射端与可见光接收端距离相等，中圆孔与内圆孔圆心的距离与体感设备可见光接收端与红外接收端距离相等；外圆孔与小圆孔6圆心的距离与体感设备红外发射端与LED指示灯距离相等。
上述可扩大识别距离的体感外部设备，所述的猫眼4和望远镜5的出瞳与体感设备的入瞳大小相同，且位于同一竖直平面内，实现光瞳匹配原则，通过提高成像质量来提高识别率。
一种利用上述可扩大识别距离的体感外部设备进行的人体高度识别方法，流程图如图2所示。该方法包括以下步骤：
步骤S1：调整电动转轴1，使安装猫眼4的圆孔阵列3置于体感设备前端；
步骤S2：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S3；
步骤S3：调整电动转轴1，使设置成通孔的圆孔阵列3置于体感设备前端；
步骤S4：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S5；
步骤S5：调整电动转轴1，使安装角放大率最小的望远镜5的圆孔阵列3置于体感设备前端；
步骤S6：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S7；
步骤S7：调整电动转轴1，使安装角放大率更大的望远镜5的圆孔阵列3置于体感设备前端，执行步骤S6；
步骤S8：结合猫眼4或望远镜5的焦距和角放大率，计算目标人体的高度。
Claims (8)
1.一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于包括电动转轴（1），绕电动转轴（1）旋转的转盘（2），沿转盘（2）半径方向设置有多个圆孔阵列（3），从半径远端到圆心方向，每个圆孔阵列（3）上分布有外圆孔、中圆孔和内圆孔；所有外圆孔距离电动转轴（1）轴心的距离相等，所有中圆孔距离电动转轴（1）轴心的距离相等，所有内圆孔距离电动转轴（1）轴心的距离相等；一个圆孔阵列（3）上安装有角放大率相同的猫眼（4），一个圆孔阵列（3）为通孔，其余圆孔阵列（3）上安装有角放大率相同的望远镜（5），分布在外圆孔和内圆孔上的猫眼（4）和望远镜（5）为红外波段，分布在中圆孔上的猫眼（4）和望远镜（5）为可见光波段；外圆孔与中圆孔圆心的距离与体感设备红外发射端与可见光接收端距离相等，中圆孔与内圆孔圆心的距离与体感设备可见光接收端与红外接收端距离相等。
2.根据权利要求1所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于设置在不同圆孔阵列（3）上的望远镜（5）角放大率不同。
3.根据权利要求1所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于相邻的两个圆孔阵列（3）所在半径所成圆心角相等。
4.根据权利要求1所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于沿顺时针或逆时针方向，圆孔阵列（3）上依次安装猫眼（4）、设置为通孔、安装望远镜（5）。
5.根据权利要求4所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于当圆孔阵列（3）的数量多于3个时，沿猫眼（4）、通孔、望远镜（5）的方向，安装在不同圆孔阵列（3）上的望远镜（5）角放大率依次增大。
6.根据权利要求1所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于所述的猫眼（4）和望远镜（5）的出瞳与体感设备的入瞳大小相同，且位于同一竖直平面内。
7.根据权利要求1所述的一种可扩大识别距离的体感外部设备，其特征在于在外圆孔和中圆孔之间位置，还包括有小圆孔（6），外圆孔与小圆孔（6）圆心的距离与体感设备红外发射端与LED指示灯距离相等。
8.一种利用权利要求1所述的可扩大识别距离的体感外部设备进行的人体高度识别方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：调整电动转轴（1），使安装猫眼（4）的圆孔阵列（3）置于体感设备前端；
步骤S2：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S3；
步骤S3：调整电动转轴（1），使设置成通孔的圆孔阵列（3）置于体感设备前端；
步骤S4：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S5；
步骤S5：调整电动转轴（1），使安装角放大率最小的望远镜（5）的圆孔阵列（3）置于体感设备前端；
步骤S6：判断体感设备能否完成对人体目标的动作识别工作，如果能，执行步骤S8，如果不能，执行步骤S7；
步骤S7：调整电动转轴（1），使安装角放大率更大的望远镜（5）的圆孔阵列（3）置于体感设备前端，执行步骤S6；
步骤S8：结合猫眼（4）或望远镜（5）的焦距和角放大率，计算目标人体的高度。
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