CN104317403B - 一种用于手语识别的可穿戴设备 - Google Patents

一种用于手语识别的可穿戴设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感器和信号处理技术领域，尤其涉及一种用于手语识别的可穿戴设备。所述一种用于手语识别的可穿戴设备，不仅能够通过分别设置在左数据手套和右数据手套上的电阻应变片采集手部姿势、通过分别设置在左数据手套和右数据手套上的微惯性传感器测量手部运动，而且还能够通过设置在左数据手套和右数据手套上的红外发光条与设置在头戴设备上的红外接收器相配合采集手部位置、以及通过设置在头戴设备上的微惯性传感器测量头部运动。克服了现有技术中只集中在对于手部姿势、手部运动的采集，而忽略了手部位置和头部运动的采集，以造成基于不完整的数据得到的手语识别精度和词汇量有限的问题。

Description

一种用于手语识别的可穿戴设备
技术领域
本发明涉及传感器和信号处理技术领域，尤其涉及一种用于手语识别的可穿戴设备。
背景技术
目前的聋哑人与正常人之间的交流有障碍。正常人无法读懂聋哑人的手语。现有的数据手套技术集中在对于手部姿势、手部运动的采集，忽略了手部位置和头部运动的采集。因此，基于不完整的数据得到的手语识别精度和词汇量有限。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于手语识别的可穿戴设备，不但采集手部姿势、手部运动，还采集手部位置和头部运动，克服了现有技术中只集中在对于手部姿势、手部运动的采集，而忽略了手部位置和头部运动的采集，以造成基于不完整的数据得到的手语识别精度和词汇量有限的问题。。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于手语识别的可穿戴设备，包括：左数据手套、右数据手套及头戴设备；
所述左数据手套和右数据手套均包括手套本体及设置在所述手套本体上的多个电阻应变片、微惯性传感器、及红外发光条，所述多个电阻应变片分布在手套本体上的五根手指的关节处用于测量手指关节的弯曲角度，所述微惯性传感器用于测量手掌的运动方向、运动加速度及距离，所述红外发光条用于发射红外光；
所述头戴设备包括设备本体及设置在所述设备本体上的微惯性传感器、红外接收器，所述微惯性传感器用于测量头部的运动方向、运动加速度及距离，所述红外接收器用于根据接收所述红外发光条发射的红外光测量手掌高度。
其中，还包括设置在左数据手套上的信号收集单元及蓝牙模块，所述信号收集单元与蓝牙模块连接，所述信号收集单元用于收集设置在左数据手套上的电阻应变片及微惯性传感器测量的信息并通过蓝牙模块传输给右数据手套；
还包括设置在头戴设备上的红外传感器、蓝牙模块，所述红外传感器、及设置在头戴设备上的红外接收器和微惯性传感器均与所述蓝牙模块连接，所述蓝牙模块用于将红外传感器、红外接收器、及设置在头戴设备上的微惯性传感器的数据发送给右数据手套；
还包括设置在右数据手套上的信号收集单元、信号处理单元及蓝牙模块，所述信号收集单元、蓝牙模块均与信号处理单元连接，所述信号收集单元用于收集设置在右数据手套上的电阻应变片及微惯性传感器测量的信息，并发送给信号处理单元进行处理；所述蓝牙模块用于接收左数据手套及头戴设备的蓝牙模块发送的信息并送入信号处理单元。
其中，还包括用于反馈用户起提醒作用的震动部件；所述震动部件分别设置在左数据手套的手腕部、右数据手套的手腕部、及头戴设备上，设置在左数据手套上的震动部件与左数据手套上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套上的震动部件与右数据手套上的数据处理单元连接，设置在头戴设备上的震动部件与头戴设备上的蓝牙模块连接。
其中，所述震动部件为电机。
其中，还包括用于反馈用户起提醒作用的LED发光管，所述LED发光管分别设置在左数据手套的手腕部、右数据手套的手腕部、及头戴设备上，设置在左数据手套上的LED发光管与左数据手套上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套上的LED发光管与右数据手套上的数据处理单元连接，设置在头戴设备上的LED发光管与头戴设备上的蓝牙模块连接。
其中，所述右数据手套还包括用于与外界云端计算单元通信的无线通信模块，通过云端计算单元完成对数据的存储、计算，并将结果发送至移动终端设备，所述无线通信模块与信号处理单元连接。
其中，所述左数据手套、右数据手套和头戴设备均设置有用于提供电源供电的电池模块。
其中，所述微惯性传感器为9轴微惯性传感器，所述红外接收器的个数为4个，所述左数据手套和右数据手套上的所述电阻应变片的个数均为15个。
其中，所述头戴设备为帽子、眼镜、头带、头盔、耳机中的任一种。
有益效果：
本发明所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，不仅能够通过分别设置在左数据手套和右数据手套上的电阻应变片采集手部姿势、通过分别设置在左数据手套和右数据手套上的微惯性传感器测量手部运动，而且还能够通过设置在左数据手套和右数据手套上的红外发光条与设置在头戴设备上的红外接收器相配合采集手部位置、以及通过设置在头戴设备上的微惯性传感器测量头部运动。克服了现有技术中只集中在对于手部姿势、手部运动的采集，而忽略了手部位置和头部运动的采集，以造成基于不完整的数据得到的手语识别精度和词汇量有限的问题。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种用于手语识别的可穿戴设备的结构示意图。
图2是图1中的左数据手套和右数据手套的结构示意图。
图中：
1-左数据手套；2-右数据手套；3-头戴设备；4-电阻应变片；5-微惯性传感器；6-红外发光条；7-云端计算单元；8-移动终端设备。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式提供的一种用于手语识别的可穿戴设备的结构示意图。图2是图1中的左数据手套1和右数据手套2的结构示意图。如图1、2所示，本发明所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，包括：左数据手套1、右数据手套2及头戴设备3；
所述左数据手套1和右数据手套2均包括手套本体及设置在所述手套本体上的多个电阻应变片4、微惯性传感器5、及红外发光条6，所述多个电阻应变片4分布在手套本体上的五根手指的关节处用于测量手指关节的弯曲角度，所述微惯性传感器5用于测量手掌的运动方向、运动加速度及距离，所述红外发光条6用于发射红外光；
所述头戴设备3包括设备本体及设置在所述设备本体上的微惯性传感器5、红外接收器，所述微惯性传感器5用于测量头部的运动方向、运动加速度及距离，所述红外接收器用于根据接收红外发光条6发射的红外光测量手掌高度。
本发明所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，不仅能够通过分别设置在左数据手套1和右数据手套2上的电阻应变片4采集手部姿势、通过分别设置在左数据手套1和右数据手套2上的微惯性传感器5测量手部运动，而且还能够通过设置在左数据手套1和右数据手套2上的红外发光条6与设置在头戴设备3上的红外接收器相配合采集手部位置、以及通过设置在头戴设备3上的微惯性传感器5测量头部运动。克服了现有技术中只集中在对于手部姿势、手部运动的采集，忽略了手部位置和头部运动的采集所造成的基于不完整的数据得到的手语识别精度和词汇量有限的问题。
还包括设置在左数据手套1上的信号收集单元及蓝牙模块，所述信号收集单元与蓝牙模块连接，所述信号收集单元用于收集设置在左数据手套1上的电阻应变片4、微惯性传感器5测量的信息并通过蓝牙模块传输给右数据手套2。
还包括设置在头戴设备3上的红外传感器、蓝牙模块，所述红外传感器、及设置在头戴设备3上的红外接收器和微惯性传感器5均与所述蓝牙模块连接，所述蓝牙模块用于将红外传感器、红外接收器、及设置在头戴设备3上的微惯性传感器5的数据发送给右数据手套2。
还包括设置在右数据手套2上的信号收集单元、信号处理单元及蓝牙模块，所述信号收集单元、蓝牙模块均与信号处理单元连接，所述信号收集单元用于收集设置在右数据手套2上的电阻应变片4及微惯性传感器5测量的信息，并发送给信号处理单元进行处理；所述蓝牙模块用于接收左数据手套1及头戴设备3的蓝牙模块发送的信息并送入信号处理单元。
所述右数据手套2还包括用于与外界云端计算单元7通信的无线通信模块，通过云端计算单元7完成对数据的存储、计算，并将结果发送至移动终端设备8，所述无线通信模块与信号处理单元连接。优选地，所述无线通信模块为3G模块或者Wifi模块。
右数据手套2在系统中是中央处理器转接的中心。聋哑人使用时，它通过右数据手套2上的蓝牙模块接收同步左数据手套1的数据，同步接收头戴设备3的数据，初步计算特征向量后传送给外界云端计算单元7完成识别，结果返回后发送至移动终端设备8(智能手机，专用交互设备，或者个人电脑)。健康用户可根据需要，使用移动终端设备8做键盘或者语音输入，聋哑人查看结果后做下一步交互。需要说明的是，所述特征向量包括每个手指关节的角度，手掌的运动方向(X，Y，Z)，加速度(X，Y，Z)，手掌相对于头的位置(髋/腹/胸/头)，头部的运动方向(X，Y，Z)，加速度(X，Y，Z)。由于信号处理、手势识别、及手语翻译等计算和信息处理的工作需要大计算量、大存储量，因此，通过云端计算单元7计算后再发送给移动终端。
还包括用于反馈用户起提醒作用的震动部件；所述震动部件分别设置在左数据手套1的手腕部、右数据手套2的手腕部、及头戴设备3上，设置在左数据手套1上的震动部件与左数据手套1上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套2上的震动部件与右数据手套2上的数据处理单元连接，设置在头戴设备3上的震动部件与头戴设备3上的蓝牙模块连接。优选地，所述震动部件为电机。
还包括用于反馈用户起提醒作用的LED发光管，所述LED发光管分别设置在左数据手套1的手腕部、右数据手套2的手腕部、及头戴设备3上，设置在左数据手套1上的LED发光管与左数据手套1上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套2上的LED发光管与数据手套2上的数据处理单元连接，设置在头戴设备3上的LED发光管与头戴设备3上的蓝牙模块连接。
通过设置震动部件和或LED发光管等光反馈部件可协调识别过程，了解识别状态，更好的完成交互。
所述左数据手套1、右数据手套2和头戴设备3均设置有用于提供电源供电的电池模块。
所述微惯性传感器5为9轴微惯性传感器5，加速度X，Y，Z；惯性(角加速度)X，Y，Z；地磁(相对与地球磁场)方向角X，Y，Z。对这9个传感器数据以100HZ的频率采样，可以计算出手掌的运动方向，加速度，和距离。
所述红外接收器的个数为4个。红外接收头的接收角度一般是45度。4个红外接收头按照从上到下的方式排布可以覆盖180度，即用户正前方左右45度，高低180度的区域。某个红外接收头接收到信号就表示手的高度大致在这个区域对应的高度，比如，髋/腹/胸/头。
所述左数据手套1和右数据手套2上的所述电阻应变片的个数均为15个。
所述头戴设备3为帽子、眼镜、头带、头盔、耳机中的任一种。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，包括：左数据手套、右数据手套及头戴设备；
所述左数据手套和右数据手套均包括手套本体及设置在所述手套本体上的多个电阻应变片、微惯性传感器、及红外发光条，所述多个电阻应变片分布在手套本体上的五根手指的关节处用于测量手指关节的弯曲角度，所述微惯性传感器用于测量手掌的运动方向、运动加速度及距离，所述红外发光条用于发射红外光；
所述头戴设备包括设备本体及设置在所述设备本体上的微惯性传感器、红外接收器，所述微惯性传感器用于测量头部的运动方向、运动加速度及距离，所述红外接收器用于根据接收所述红外发光条发射的红外光测量手掌高度；
还包括设置在左数据手套上的信号收集单元及蓝牙模块，所述信号收集单元与蓝牙模块连接，所述信号收集单元用于收集设置在左数据手套上的电阻应变片及微惯性传感器测量的信息并通过蓝牙模块传输给右数据手套；
还包括设置在头戴设备上的红外传感器、蓝牙模块，所述红外传感器、及设置在头戴设备上的红外接收器和微惯性传感器均与所述蓝牙模块连接，所述蓝牙模块用于将红外传感器、红外接收器、及设置在头戴设备上的微惯性传感器的数据发送给右数据手套；
还包括设置在右数据手套上的信号收集单元、信号处理单元及蓝牙模块，所述信号收集单元、蓝牙模块均与信号处理单元连接，所述信号收集单元用于收集设置在右数据手套上的电阻应变片及微惯性传感器测量的信息，并发送给信号处理单元进行处理；所述蓝牙模块用于接收左数据手套及头戴设备的蓝牙模块发送的信息并送入信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，还包括用于反馈用户起提醒作用的震动部件；所述震动部件分别设置在左数据手套的手腕部、右数据手套的手腕部、及头戴设备上，设置在左数据手套上的震动部件与左数据手套上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套上的震动部件与右数据手套上的数据处理单元连接，设置在头戴设备上的震动部件与头戴设备上的蓝牙模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，所述震动部件为电机。
4.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，还包括用于反馈用户起提醒作用的LED发光管，所述LED发光管分别设置在左数据手套的手腕部、右数据手套的手腕部、及头戴设备上，设置在左数据手套上的LED发光管与左数据手套上的蓝牙模块连接，设置在右数据手套上的LED发光管与右数据手套上的数据处理单元连接，设置在头戴设备上的LED发光管与头戴设备上的蓝牙模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，所述右数据手套还包括用于与外界云端计算单元通信的无线通信模块，通过云端计算单元完成对数据的存储、计算，并将结果发送至移动终端设备，所述无线通信模块与信号处理单元连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，所述左数据手套、右数据手套和头戴设备均设置有用于提供电源供电的电池模块。
7.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，所述微惯性传感器为9轴微惯性传感器，所述红外接收器的个数为4个，所述左数据手套和右数据手套上的所述电阻应变片的个数均为15个。
8.根据权利要求1所述的一种用于手语识别的可穿戴设备，其特征在于，所述头戴设备为帽子、眼镜、头带、头盔、耳机中的任一种。
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