CN104898844B - 基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法 - Google Patents

基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置及方法，该装置包括：超声波发射器、超声波接收器、计算模块、手势库、以及手势识别与控制模块，所述计算模块计算超声波接收器接收到的超声波信号的多普勒频移，并转换成相应的手势特征信号，所述手势识别与控制模块将该手势特征信号与手势库中预设的手势特征信号进行对比，从而确定手势并输出相应的控制信号。本发明提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置及方法，其利用了超声波的高指向性，并将被手反射回来的超声波信号所产生的多普勒频移转换成相应的手势特征信号，之后将该手势特征信号与预设手势特征信号进行对比来确定不同的手势，大大提高了手势识别在不同环境中的应用。

Description

基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法
【技术领域】
本发明涉及手势识别领域，尤其涉及一种基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法。
【背景技术】
通常的手势识别装置利用摄像头及图片处理软件识别手势，然而摄像头与图片处理软件的组合对用户的动作感应比较滞后，通常用户动作完成一段时间之后，该组合才能识别，而且该组合对光线要求比较高，如光线不好，会影响到识别效果。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法，其解决了单独基于视频的手势识别在光学环境恶劣时或单独基于音频的手势识别在声学环境恶劣时，大大降低了手势识别的可信度的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置，该装置包括：超声波发射器，用于发射超声波信号；超声波接收器，用于接收反射回来的超声波信号；计算模块，其用于计算超声波信号从被超声波发射器发射出去时到被超声波接收器接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号；手势库，其内设有预设手势特征信号以及与该预设手势特征信号对应的用于实现特定功能的控制信号；手势识别与控制模块，其将计算模块输出的手势特征信号与手势库中的预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号。
优选的，该手势识别控制装置还包括一分割模块，该分割模块用于将需要发射的超声波信号按一时间间隔分割成若干帧。
优选的，当超声波接收器接收到某一帧超声波信号时，所述计算模块将会计算该帧超声波信号从被超声波发射器发射出去时到被超声波接收器接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号。
优选的，所述手势识别与控制装置还包括一功能执行模块，其用于接收手势识别与控制模块输出的控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能。
优选的，所述超声波发射器的数量至少两个，每个超声波发射器都发射预设频率的超声波信号。
优选的，所述每个超声波发射器发射的超声波信号频率都不同。
优选的，所述计算模块计算不同超声波发射器发出的超声波信号产生的多普勒频移。
优选的，所述手势识别与控制模块，其将计算模块输出的多个手势特征信号与手势库中的预设手势特征信号进行匹配。
本发明还提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制方法，该方法包括如下步骤：S1、发射超声波信号；S2、接收反射回来的超声波信号；S3、计算超声波信号从被发射出去时到被接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号；S4、将手势特征信号与预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号；S5、接收所述控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能。
本发明的有益效果在于:本发明提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置及识别与控制方法，其利用了超声波的高指向性，并将被手反射回来的超声波信号所产生的多普勒频移转换成相应的手势特征信号，之后将该手势特征信号与预设手势特征信号进行对比来确定不同的手势，大大提高了手势识别在不同环境中的应用。
【附图说明】
图1是本发明基于超声波定位的手势识别与控制装置的模块结构图；
图2是本发明实施例提供的四个发射超声波和一个接收超声波的位置及手势的位置的空间直角坐标示意图；
图3是本发明基于超声波定位的手势识别与控制方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置1，该装置1包括超声波发射器10、超声波接收器11、计算模块12、手势库13、手势识别与控制模块14。
所述超声波发声器10用于发射超声波信号，发射出去的超声波信号被手反射回来后被所述超声波接收器11接收，所述计算模块12计算超声波信号从被超声波发射器发射出去时到被超声波接收器11接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号。所述手势库13内设有预设手势特征信号以及与该预设手势特征信号对应的用于实现特定功能的控制信号，所述手势识别与控制模块14将计算模块12输出的手势特征信号与手势库13中的预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号。
为了使被超声波接收器11接收到的超声波信号易于计算，该手势识别控制装置1还包括一分割模块15，该分割模块15用于将需要发射的超声波信号按一时间间隔分割成若干帧，这样，当超声波接收器11接收到某一帧超声波信号时，所述计算模块12将会计算该帧超声波信号从被超声波发射器10发射出去时到被超声波接收器11接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号。
在本发明优选的实施例中，所述手势识别与控制装置1还包括一功能执行模块16，其用于接收手势识别与控制模块14输出的控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能，该特定功能包括，例如，通过手势来实现电子设备上缩放、选定、确认、移动、关闭、开启等功能。
超声波发声器10的数量越多，手势的定位就更精确，因此，优选的，所述超声波发射器10的数量至少两个，每个超声波发射器10都发射预设频率的超声波信号。
为了辨别接收到的反射超声波信号是由哪个位置的超声波发射器10发射的，优选的，所述每个超声波发射器10发射的超声波信号频率都不同。所述计算模块12计算不同超声波发射器10发出的超声波信号产生的多普勒频移。所述手势识别与控制模块14将计算模块12输出的多个手势特征信号与手势库13中的预设手势特征信号进行匹配。
图2是本发明实施例提供的四个发射超声波和一个接收超声波的位置及手势的位置的空间直角坐标示意图。结合图1和图2所示，a、b、c和d四点代表四个超声波发射器10的空间位置，e点代表手的空间位置，坐标原点O代表超声波接收器11的空间位置，当e点的手在该空间直角坐标系里移动时，由a、b、c和d四点发出的超声波信号将会被e点的手反射，此时，O点接收到反射回来的超声波信号后由计算模块算出e点手相对于a、b、c和d四点的多普勒频移，从而确定手的手势。
再结合图1和3所示，本发明还提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制方法，该方法包括如下步骤：
S1、超声波发射器10发射超声波信号；
S2、超声波接收器11接收反射回来的超声波信号；
S3、计算模块12计算超声波信号从被发射出去时到被接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号；
S4、手势识别与控制模块14将手势特征信号与手势库13中预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号；
S5、功能执行模块16接收所述控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能。
本发明提供了一种基于超声波定位的手势识别与控制装置1，其利用了超声波的高指向性，并将被手反射回来的超声波信号所产生的多普勒频移转换成相应的手势特征信号，之后将该手势特征信号与预设手势特征信号进行对比来确定不同的手势，大大提高了手势识别在不同环境中的应用。
以上所述的仅是本发明的较佳实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，该装置包括：
超声波发射器，用于发射超声波信号；
超声波接收器，用于接收反射回来的超声波信号；
分割模块，其用于将超声波发射器发射的超声波信号按一时间间隔分割成若干帧；
计算模块，其用于计算超声波信号从被超声波发射器发射出去时到被超声波接收器接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号；
手势库，其内设有预设手势特征信号以及与该预设手势特征信号对应的用于实现特定功能的控制信号；
手势识别与控制模块，其将计算模块输出的手势特征信号与手势库中的预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号。
2.如权利要求1所述的基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，所述手势识别与控制装置还包括一功能执行模块，其用于接收手势识别与控制模块输出的控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能。
3.如权利要求1所述的基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，所述超声波发射器的数量至少两个，每个超声波发射器都发射预设频率的超声波信号。
4.如权利要求3所述的基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，所述每个超声波发射器发射的超声波信号频率都不同。
5.如权利要求3或4所述的基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，所述计算模块计算不同超声波发射器发出的超声波信号产生的多普勒频移。
6.如权利要求5所述的基于超声波定位的手势识别与控制装置，其特征在于，所述手势识别与控制模块，其将计算模块输出的多个手势特征信号与手势库中的预设手势特征信号进行匹配。
7.一种基于超声波定位的手势识别与控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、发射超声波信号，将发射的超声波信号按一时间间隔分割成若干帧；
S2、接收反射回来的超声波信号；
S3、计算超声波信号从被发射出去时到被接收到时这段时间内所产生的多普勒频移，并将该多普勒频移转换成相应的手势特征信号；
S4、将手势特征信号与预设手势特征信号进行匹配，得到相应的控制信号并输出该控制信号；
S5、接收所述控制信号，并执行与该控制信号所对应的特定功能。
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