CN103455136A - 一种基于手势控制的输入方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手势控制的输入方法、装置及系统，所述方法包括：佩戴在手上的运动感应模块采集手势运动数据；运动感应模块将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。本发明能够精确定位判断手势动作。

Description

一种基于手势控制的输入方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及一种输入方法与装置，特别涉及手势控制与识别的输入方法、装置及系统。

背景技术

随着科技进步和因特网发展，家电设备向多功能、智能化方向发展，智能电视、智能机顶盒等不仅仅是视频播放，更有大量网络交互应用、游戏体感互动、办公应用、网络教育和家庭事务管理等。普通遥控器难以进行复杂菜单选择和文字输入。目前市面上的手势输入装置主要有两类：输入棒法和手势光感接收器。

输入棒诸如任天堂的Wii遥控器，它有普通遥控器的按钮控制功能，还具有定位与动作感应。手握输入棒的行为可以转化为挥动、甩动、劈砍、射击等游戏动作。

手势光感接收器，手上不佩戴任何收发装置，通过2个位于人体前方的摄像头或光感接收器实时记录摄像手势行为，进行图像解析与识别，判断手势操控，确定输入信息。

以上输入装置都有比较严重的缺点。输入棒无法感知手指动作，不能完成多点触控、弹钢琴等应用场景。手势光感接收器的手势识别装置，精确度不够高、图像识别复杂系统负荷大，当人体侧身或手指遮挡时容易出现错误的手势识别。

因此，需要提供一种能够精确定位判定手势动作的输入方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于手势控制的输入方法、装置及系统，能更精确的识别各种手势。

根据本发明的一个方面，提供的一种基于手势控制的输入方法包括：

佩戴在手上的运动感应模块采集手势运动数据；

运动感应模块将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

优选地，所述运动感应模块采集手势运动数据的步骤具体为：

利用微处理器，控制运动感应器采集包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的手势运动数据，并将所述手势运动数据经由无线收发单元发送至远端接收处理模块；其中，运动感应模块包括运动感应器、微处理器和无线收发单元。

优选地，所述运动感应器采集手势运动数据的步骤具体为：

利用三轴陀螺仪采集手势运动角速度数据，并利用加速度传感器采集手势运动加速度数据；其中，所述运动感应器包括三轴陀螺仪和加速度传感器。

根据本发明的另一个方面，提供的一种基于手势控制的输入方法包括：

远端接收处理模块接收佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据；

远端接收处理模块根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

优选地，所述远端接收处理模块生成屏幕控制命令的步骤具体为：

利用运动轨迹处理器解析无线收发单元接收的包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令，通过外部连接单元发送至外部设备；其中，所述远端接收处理模块包括无线收发单元、运动轨迹处理器和外部连接单元。

优选地，所述远端接收处理模块将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备的步骤具体为：

利用无线收发单元接收包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据，并通过外部连接单元将所述手势运动数据直接发送至外部设备，以便由外部设备的处理器将所述手势运动数据解析为手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成用于其屏幕显示的屏幕控制命令；其中，所述远端接收处理模块包括无线收发单元和外部连接单元。所述外部设备（如智能电视、智能机顶盒、PC机等）的处理器是通用处理器，其通过运行运动轨迹处理软件对所述手势运动数据进行解析和相关处理。

优选地，所述远端接收处理模块的无线收发单元通过近距离无线传输技术，例如蓝牙或ZigBee协议，接收所述运动感应模块的无线收发单元发送的所述手势运动数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于手势控制的输入装置，所述装置佩戴在手上，包括：

运动感应器，用于采集手势运动数据；

无线收发单元，用于将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

优选地，所述装置还包括：

微处理器，用于控制所述运动感应器采集所述手势运动数据，并将所述手势运动数据传递至无线收发单元。

优选地，所述运动感应器包括用于采集手势运动角速度数据的三轴陀螺仪和用于采集手势运动加速度数据的加速度传感器；其中，所述手势运动数据包括手势运动角速度数据和手势运动加速度数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于手势控制的输入装置，所述装置包括：

无线收发单元，用于接收远端的佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据；

数据处理单元，用于根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

优选地，所述数据处理单元包括：

运动轨迹处理器，用于解析所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并根据所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令；

外部连接子单元，用于将所述屏幕控制命令发送至外部设备。

或者，所述数据处理单元包括：

外部连接子单元，用于将所述屏幕控制命令发送至外部设备。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于手势控制的输入系统，包括：

佩戴在手上的运动感应模块，用于采集手势运动数据，并将所述数据无线发送至远端接收处理模块；

远端接收处理模块，用于收到所述手势运动数据后,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过主动探测和感应手势运动数据，能够精确识别各类手势，提高响应速度和精度；

2、本发明能够获取各个手势的具体动作，完成各种复杂的远端屏幕操作和游戏操控。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的基于手势控制的输入方法框图；

图2是本发明第二实施例提供的基于手势控制的输入方法框图；

图3是本发明第一实施例提供的手势控制的输入装置的连接示意图；

图4是本发明第二实施例提供的手势控制的输入装置的连接示意图；

图5是本发明实施例提供的手势控制的输入系统的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明第一实施例提供的基于手势控制的输入方法框图，如图1所示，步骤包括：

步骤S101、佩戴在手上的运动感应模块采集手势运动数据。

步骤S102、运动感应模块将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

所述运动感应模块重量轻体积小、便于佩戴和操控。具体地说，所述运动感应模块包括运动感应器、微处理器和无线收发单元，利用所述微处理器，控制所述运动感应器采集包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的手势运动数据，并将所述手势运动数据经由无线收发单元发送至远端接收处理模块。其中，利用所述三轴陀螺仪采集手势运动角速度数据，并利用所述加速度传感器采集手势运动加速度数据。远端接收处理模块收到所述手势运动数据后,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

图2是本发明第二实施例提供的基于手势控制的输入方法框图，如图2所示，步骤包括：

步骤S201、远端接收处理模块接收佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据。

步骤S202、远端接收处理模块根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

具体地说，所述远端接收处理模块包括无线收发单元、运动轨迹处理器和外部连接单元，利用所述运动轨迹处理器解析所述无线收发单元接收的包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令，通过外部连接单元发送至外部设备。

或者，所述远端接收处理模块包括无线收发单元和外部连接单元，利用所述无线收发单元接收包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据，并通过所述外部连接单元将所述手势运动数据直接发送至外部设备，以便由外部设备的处理器将所述手势运动数据解析为手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成用于控制其屏幕显示的屏幕控制命令。

图3是本发明第一实施例提供的手势控制的输入装置的连接示意图，如图3所示，所述输入装置佩戴在手上，包括运动感应器、无线收发单元、微型纽扣电池、微处理器。

所述运动感应器用于采集手势运动数据，其包括三轴陀螺仪和加速度传感器，用于分别采集X/Y/Z三维空间的手势运动角速度数据和手势运动加速度数据，其中，所述加速度传感器是三轴运动加速度感应器。

微处理器用于控制所述运动感应器采集所述手势运动数据，并将收集的手势运动数据传递给无线收发单元。

运动感应模块的无线收发单元将原始的手势运动数据通过蓝牙或zigbee无线传输协议等近距离无线传输技术发射给远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

所述运动感应器的三轴陀螺仪具有方向性，与三轴陀螺仪X/Y轴的平行面视作虚拟屏幕面。虚拟屏幕面能够为了手势操作方便和动作舒适性而动态调整方位。根据运动感应器的运动轨迹在X/Y平面投影位移和Z轴前后运动特性，可以转化解释为在虚拟屏幕上的光标点击、双击、移动、滚动命令及各种游戏操控指令。

图4是本发明第二实施例提供的手势控制的输入装置的连接示意图，如图4所示，包括无线收发单元和数据处理单元。

所述无线收发单元用于接收远端的佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据。

所述数据处理单元用于根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

所述数据处理单元包括运动轨迹处理器和外部连接子单元。其中，所述无线收发单元接收来自远端的运动感应模块的手势运动数据，并传递给运动轨迹处理器。所述运动轨迹处理器将远端的运动感应模块的三维空间的手势运动角速度数据和手势运动加速度数据转换为相对于初始点的方位和位移量，分析运动轨迹并转化为外部设备的屏幕控制命令。运动轨迹处理器将处理后的屏幕控制命令通过外部连接子单元传递给外部设备（智能电视、智能机顶盒、智能家电）。外部连接子单元包含USB接口和/或RS232串口连接接口模式。USB接口实现USB鼠标功能，将手势控制输入转化为标准鼠标控制命令：单击、双击、移动、拖动、滚动。RS232串口提供手势控制输入的各类屏幕操作命令和光标位置信息。为了便于手势操控，运动感应模块可以表现为圆棍、指套或指环。所述输入装置接收来自远端的运动感应模块的无线信号，解析得到手指的方位信息、运动状态信息、运动轨迹信息（移动位移数据信息），并转化为相应的屏幕控制命令。

或者，所述数据处理单元仅包括外部连接子单元。其中，所述外部连接子单元将所述手势运动数据传递给外部设备（智能电视、智能机顶盒、智能家电）。外部设备利用其处理器运行轨迹处理软件，将运动感应模块的三维空间的手势运动角速度数据和手势运动加速度数据转换为相对于初始点的方位和位移量，分析运动轨迹并转化为控制其屏幕显示的屏幕控制命令。

图5是本发明实施例提供的手势控制的输入系统的连接示意图，如图5所示，所述手势控制的输入系统包括运动感应模块和远端接收处理模块，其中：

所述运动感应模块，用于采集手势运动数据，并将所述数据无线发送至远端接收处理模块。

所述运动感应模块包括运动感应器、微处理器和无线收发单元，其中：

所述运动感应器，用于采集包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的手势运动数据。进一步地，其包括三轴陀螺仪和加速度传感器，用于分别采集手势运动角速度数据和手势运动加速度数据。

所述微处理器，用于控制所述运动感应器采集所述手势运动数据，并将所述手势运动数据传递至无线收发单元。

所述无线收发单元，用于将所述手势运动数据发送至远端接收处理模块。

所述远端接收处理模块，用于收到所述手势运动数据后,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

所述远端接收处理模块包括无线收发单元、运动轨迹处理器和外部连接单元，其中：

所述无线收发单元，用于接收来自所述运动感应模块的包含所述手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据；

所述运动轨迹处理器，用于解析所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并根据所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令；

所述外部连接单元，用于将所述屏幕控制命令发送至外部设备。

或者，所述远端接收处理模块包括无线收发单元和外部连接单元，其中：

所述无线收发单元，用于接收来自所述运动感应模块的包含所述手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的所述手势运动数据；

所述外部连接单元，用于将所述手势运动数据发送至外部设备。

本发明所述手势控制输入系统的工作流程包括以下步骤：

第一步、手上佩戴运动感应模块，其包括运动感应器、无线收发单元、电源、微处理器，仅负责收集并发射手势运动数据，没有复杂大量逻辑运算，其可以做得质量轻、体积小，便于携带和操控。所述运动感应器测量三维空间的包括手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的手势运动数据，微处理器收集所述手势运动数据并通过无线收发单元传递给远端接收处理模块。所述无线收发单元可以使用蓝牙或ZigBee无线传输协议等近距离无线传输技术。

第二步、当远端接收处理模块包括运动轨迹处理器、无线收发单元和外部连接单元时，所述手势运动数据在所述远端接收处理模块中解析并处理。具体地说，所述无线收发单元接收来自各个运动感应模块的三维的手势运动数据，经过运动轨迹处理器处理分析，可以精确计算手势的运动方位、运动状态和运动轨迹，并生成具体的屏幕控制命令。通过包括RS232串口和/或USB接口的外部连接单元向外部设备（诸如智能电视、智能机顶盒、PC机、智能家电）输出屏幕控制命令。所述远端接收处理模块不仅没有对外部设备产生额外的处理负荷，而且还提高了对外部设备控制的精确度和快速响应能力。所述外部连接单元的USB接口实现标准USB鼠标功能，将手势控制转化为相应的鼠标命令，RS232串口提供手势操控的详细屏幕命令，光标位置、位移、单击、双击、滚动、多点触控命令。

当所述远端接收处理模块包括无线收发单元和外部连接单元时，所述手势运动数据在所述外部设备中解析并处理。具体地说，所述无线收发单元接收来自各个运动感应模块的三维的手势运动数据，通过包括RS232串口和/或USB接口的外部连接单元向外部设备（诸如智能电视、智能机顶盒、PC机、智能家电）输出所述手势运动数据。所述外部设备的处理器运动运动轨迹处理软件，从而精确计算手势的运动方位、运动状态和运动轨迹，并生成具体的屏幕控制命令，控制其屏幕显示。换句话说，所述运动轨迹处理器可以复用外部设备的通用处理器，由外部设备通过外部连接单元获取原始的手势运动数据，在外部设备的处理器上运行运动轨迹处理软件，将所述手势运动数据转化为屏幕控制命令。

综上所述，本发明能够精确定位判定手势动作。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种基于手势控制的输入方法，其特征在于，包括：

佩戴在手上的运动感应模块采集手势运动数据；

运动感应模块将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动感应模块采集手势运动数据的步骤具体为：

利用微处理器，控制运动感应器采集包含手势运动角速度数据和手势运动加速度数据的手势运动数据，并将所述手势运动数据经由无线收发单元发送至远端接收处理模块；其中，运动感应模块包括运动感应器、微处理器和无线收发单元。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动感应器采集手势运动数据的步骤具体为：

利用三轴陀螺仪采集手势运动角速度数据，并利用加速度传感器采集手势运动加速度数据；其中，运动感应器包括三轴陀螺仪和加速度传感器。

4.一种基于手势控制的输入方法，其特征在于，包括：

远端接收处理模块接收佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据；

远端接收处理模块根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述远端接收处理模块生成屏幕控制命令的步骤具体为：

利用运动轨迹处理器解析无线收发单元接收的所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令，通过外部连接单元发送至外部设备；其中，远端接收处理模块包括无线收发单元、运动轨迹处理器和外部连接单元。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述远端接收处理模块将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备的步骤具体为：

利用无线收发单元接收所述手势运动数据，并通过外部连接单元将所述手势运动数据直接发送至外部设备，以便由外部设备的处理器将所述手势运动数据解析为手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并利用所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成用于控制其屏幕显示的屏幕控制命令；其中，所述远端接收处理模块包括无线收发单元和外部连接单元。

7.一种基于手势控制的输入装置，其特征在于，所述装置佩戴在手上，包括：

运动感应器，用于采集手势运动数据；

无线收发单元，用于将所述手势运动数据无线发送至远端接收处理模块，以供远端接收处理模块根据所述手势运动数据,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入装置还包括：

微处理器，用于控制所述运动感应器采集所述手势运动数据，并将所述手势运动数据传递至无线收发单元。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述运动感应器包括用于采集手势运动角速度数据的三轴陀螺仪和用于采集手势运动加速度数据的加速度传感器；其中，所述手势运动数据包括手势运动角速度数据和手势运动加速度数据。

10.一种基于手势控制的输入装置，其特征在于，包括：

无线收发单元，用于接收远端的佩戴在手上的运动感应模块采集的手势运动数据；

数据处理单元，用于根据所述手势运动数据，生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元包括：

运动轨迹处理器，用于解析所述手势运动数据，得到手指的方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，并根据所述方位信息、运动状态信息和运动轨迹信息，生成屏幕控制命令；

外部连接子单元，用于将所述屏幕控制命令发送至外部设备。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元包括：

外部连接子单元，用于将所述手势运动数据发送至外部设备。

13.一种基于手势控制的输入系统，其特征在于，包括：

佩戴在手上的运动感应模块，用于采集手势运动数据，并将所述数据无线发送至远端接收处理模块；

远端接收处理模块，用于收到所述手势运动数据后,生成用于控制外部设备屏幕显示的屏幕控制命令，或者将收到的所述手势运动数据直接发送至所述外部设备，以便所述外部设备根据所述手势运动数据控制其屏幕显示。

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