CN103218042A

CN103218042A - 一种用于便携电子设备的远红外手势识别装置

Info

Publication number: CN103218042A
Application number: CN2013101000822A
Authority: CN
Inventors: 张倩
Original assignee: SUZHOU BAINASI OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU BAINASI OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-07-24

Abstract

一种用于便携电子设备的远红外手势识别装置，包括：远红外窗口片，硫系玻璃透镜，透镜套筒，非制冷式红外焦平面阵列探测器(IRFPA)，以及IRFPA的控制电路和信号处理电路。手势识别装置的探测距离为3~50cm,人手所发出的远红外光线穿过红外窗口片，经过硫系玻璃透镜聚焦并成像在IRFPA表面，手势识别装置通过判定人手远红外影像的移动给智能手机或其他便携电子设备发出翻页、浏览等指令。这种远红外手势识别装置对于非常快速的手势也可响应，它也不受背景环境的干扰，在黑暗的情况下也可使用。

Description

一种用于便携电子设备的远红外手势识别装置

技术领域

本发明涉及智能手机等便携电子设备领域，尤其涉及一种适用于便携电子设备的远红外手势识别装置。

背景技术

手势是人类沟通交流不可分割的一部分：人们在相互交流时总会指手划脚。而手势识别技术又开辟了我们与机器、设备或电脑互动的新局面。市场研究机构预测，到2017年，具有视觉手势识别功能的智能手机出货量将达6亿部。

智能手机采用前置摄像头跟踪进行手势识别的技术实际上已经使用了一段时间，比如三星公司最新发布的Galax S4，带有手势翻页功能。此外，这种非触摸式的手势识别还可用于平板电脑、笔记本电脑，便携式媒体播放器和便携式游戏机。不过，便携电子设备目前的手势识别技术仍面临以下几个重要问题：在黑暗条件下前置摄像头无法拍摄；背景的变化有可能导致手势误判；手势过快导致影像的分析处理速度跟不上，无法相应；不间断的影像分析和处理导致高功耗。

发明内容

为了克服现有便携电子设备手势识别技术的不足，本发明的目的是提供一种小型远红外手势识别装置，它能够快速捕捉和识别手势动作，并向智能手机或其他电子设备发出相应指令，实现网页浏览和翻页功能。

本发明提供的手势识别装置由远红外镜头，非制冷红外焦平面阵列探测器(IRFPA)以及相应的信号处理电路组成。人体自身辐射所发出红外线中心波长为9~10um，属于远红外波段。人手的热影像透过远红外镜头，在IRFPA表面成像。本发明的手势识别装置只需要探测和判定在近距离条件下手势的移动方位，无需像普通摄像头那样从背景影像中分析提取手的轮廓，所以可以采用低分辨率的IRFPA,以减小整个装置的体积和成本。由于远红外图像的分辨率较低，所以减少了复杂的实时图像处理，使得本发明的远红外手势识别装置对手势的反应灵敏，对于非常快速的手势也可响应。

另外采用远红外手势识别，可以不受背景环境的干扰，在黑暗的情况下也可使用。

附图说明

图1是带远红外手势识别装置的智能手机示意图；

图2是远红外手势识别装置外观示意图；

图3是远红外手势识别装置剖面结构示意图；

图4是远红外镜头的光学设计示意图；

图5和图6是手势控制翻页功能示意图。

其中附图标记

1为智能手机；

2为远红外手势识别装置；

3为前置摄像头；

4为远红外镜头套筒；

5为远红外窗口片；

6为固定卡环；

7为电路基板；

8为硫系玻璃透镜；

9为红外焦平面阵列探测器(IRFPA)；

10为IRFPA探测到的远红外影像。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对发明作详细说明。附图中相同标记表示相同部件。为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性表示，它们是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说是公知的，因此这里不做详细描述。

本实施例为智能手机的远红外手势识别。但本发明的实施方式不限于此，类似的远红外手势识别装置也可用于平板电脑、笔记本电脑、便携式媒体播放器和便携式游戏机，这些在不同便携式消费性电子设备的应用都应属于本发明的保护范围。

图1为带远红外手势识别装置的智能手机示意图。远红外手势探测装置2安置在智能手机1的正面，在前置摄像头3的附近。远红外手势探测装置2的探测范围在手机屏幕的正前方。

图2为远红外手势识别装置外观示意图。远红外镜头套筒4为金属或塑料材质制成，外径为7mm,其作用是固定远红外窗口片5和内部的硫系玻璃透镜8以构成远红外光学机构。镜头套筒4通过卡环7与电路板6固定连接。红外窗口片5为双面抛光的圆形平片，其材料由选自单晶锗、多晶锗、硫系玻璃、硅、硫化锌和硒化锌构成的组中至少一种红外材料形成。窗口片5的两侧镀有远红外减反膜，其暴露在手机表面的一面在减反膜外还镀有保护性硬膜。

图3为远红外手势识别装置剖面结构示意图。图中可见窗口片5和硫系玻璃透镜8都由透镜套筒4卡紧固定。在窗口片5的下表面，透镜套筒的结构向内收缩形成光阑。硫系玻璃透镜8的两面都为非球面，表面镀有远红外减反膜，其透镜的加工方法为由硫系玻璃球形预制体直接精密模压而成。硫系玻璃透镜8的材料由选自Ge-As-Se、 Ge-As-Se-Te、 Ge-Sb-Se、 As-Se、As-S和As-Se-Te构成的组中至少一种硫系玻璃组份体系形成。红外焦平面阵列探测器(IRFPA)9为非制冷式，其感光面尺寸为4x3mm,像元阵列为80x60，像元间距为50um。IRFPA与电路板6固定并连接。电路板6包括IRFPA的控制电路和信号处理电路。

图4为远红外镜头的光学设计示意图。从图中可以看出，远红外光线穿过窗口片5，经过硫系玻璃透镜8聚焦到红外焦平面阵列探测器(IRFPA)9的表面。本发明提供的远红外光学镜头的视场角为+/-40度, 从窗口片外表面到IRFPA像面的光程距离为4.5mm，入瞳孔径为1.4mm。对智能手机或其他便携电子设备的手势操作距离范围一般为3~50cm, 所以需要远红外手势识别系统拥有等于或大于+/-40度的视场角，这一视场角也远大于常用的手机前置摄像头。

下面参考图5和图6，为了给智能手机实现手势控制翻页和浏览功能，本发明给出了一下具体实施例子：

图5中，当手掌从左到右平移经过手机正面时，IRFPA探测到的影像10为相反的图像，及手掌的影像移动方向为从右到左，这时手势识别装置给智能手机一个向右翻页的指令。同样，当手掌向左平移时，智能手机得到一个向左翻页的指令。

图6中，当手掌从上向下平移经过手机正面时，IRFPA探测到的影像10为相反的图像，及手掌的影像移动方向为从下向上，这时手势识别装置给智能手机一个向下浏览的指令。同样，当手掌向上平移时，智能手机得到一个向上浏览的指令。

上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，任何其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，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

1.一种用于便携电子设备的远红外手势识别装置，包括：远红外窗口片，硫系玻璃透镜，透镜套筒，非制冷式红外焦平面阵列探测器(IRFPA)，以及IRFPA的控制电路和信号处理电路。

2.根据权利要求1所述的远红外手势识别装置，其特征在于，手势识别装置的探测距离为

3~50cm,人手所发出的远红外光线穿过红外窗口片，经过硫系玻璃透镜聚焦并成像在IRFPA表面，手势识别装置通过判定人手远红外影像的移动给智能手机或其他便携电子设备发出翻页、浏览等指令。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的远红外手势识别装置，其特征在于，远红外手势探测装置安装在智能手机的正面，前置摄像头的附近，其探测范围在手机屏幕的正前方。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的红外窗口片，其特征在于，红外窗口片5为双面抛光的平片，其材料由选自单晶锗、多晶锗、硫系玻璃、硅、硫化锌和硒化锌构成的组中至少一种红外材料形成，窗口片的两面镀有远红外减反膜，其暴露在手机表面的一面在减反膜外还镀有保护性硬膜。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的的硫系玻璃透镜，其特征在于，硫系玻璃透镜的两面都为非球面，表面镀有远红外减反膜，其透镜的加工方法为由硫系玻璃球形预制体直接精密模压而成，硫系玻璃透镜的材料由选自Ge-As-Se、 Ge-As-Se-Te、 Ge-Sb-Se、 As-Se、 As-S和As-Se-Te构成的组中至少一种硫系玻璃组份体系形成。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的手势探测装置，其特征在于，手势的运动可以向便携电子设备发出翻页和浏览的指令，具体控制方式如下：当手掌从左到右平移经过设备正面时，IRFPA探测到的影像移动方向为从右到左，这时手势识别装置给设备一个向右翻页的指令，同理，当手掌从右到左平移时，设备得到一个向左翻页的指令；当手掌从上向下平移经过设备正面时，IRFPA探测到的影像移动方向为从下向上，这时手势识别装置给设备一个向下浏览的指令，同样，当手掌向上平移时，设备得到一个向上浏览的指令。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的的远红外手势识别装置可用于很多便携电子设备，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、便携式媒体播放器和便携式游戏机，在这些不同便携式消费性电子设备的应用都应属于本发明的保护范围。