CN105117005B - 基于光线感应的手势识别系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光线感应的手势识别系统和方法，包括微处理器、显示屏和设置在显示屏边框上的一个或多个IC芯片；每个IC芯片上集成有LED控制电路、LED灯和四个光线传感器；LED控制电路，用于控制LED灯发射光线的颜色以及控制LED灯发射光线的强弱；LED灯，用于根据LED控制电路的控制来发射光线；光线传感器，用于接收当外界有手势动作使LED灯发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器；微处理器，用于对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏进行与手势动作相应的操作，手势动作包括按压和移动。本发明能够根据手势识别实现非接触式屏幕操作。

Description

基于光线感应的手势识别系统和方法

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域,具体涉及基于光线感应的手势识别系统和方法。

背景技术

人机交互是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。人机交互设备已经逐渐深入人们的生活当中，目前最大的体现就是触摸显示屏。

传统的液晶屏操作通常都是通过电阻或电容式触摸屏操作，电阻触摸屏的工作原理主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的，电阻式触摸屏屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，其中第一层为玻璃或有机玻璃底层，第二层为隔层，第三层为多元树脂表层，表面还涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层。在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔电流通过表层，轻触表层压下时，接触到底层，控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。这种触摸屏利用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2.5微米。当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。

电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

但是这两种触摸方式在防爆、户外的特殊场所并不实用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于光线感应的手势识别系统和方法，能够根据手势识别实现非接触式屏幕操作。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于光线感应的手势识别系统，包括微处理器、显示屏和设置在显示屏边框上的一个或多个IC芯片；每个所述IC芯片上集成有LED控制电路、LED灯和四个光线传感器；所述四个光线传感器呈十字交叉状设置在所述IC芯片上；

所述LED控制电路，用于控制LED灯发射光线的颜色以及控制LED灯发射光线的强弱；

所述LED灯，用于根据LED控制电路的控制来发射光线；

所述光线传感器，用于接收当外界有手势动作使LED灯发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器；

所述微处理器，用于对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏进行与手势动作相应的操作，所述手势动作包括按压和移动。

本发明的有益效果是：通过光线传感器对由于手势动作产生的光线变化进行感应，并经过微处理器分析处理，得出手势动作，进而控制显示屏进行相应的手势操作，这样，避免了传统的电容触摸屏或电阻触摸屏在户外或防爆场所不适用的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述LED灯位于所述相对的两个光线传感器所在的直线上，且位于所述光线传感器外部的直线上；

进一步，所述LED控制电路包括LED发光二极管、LED灯驱动器和PWM波发生器，所述LED发光二极管的正极端与电源连接，负极端与驱动器连接，LED灯驱动器还接地。

采用上述进一步方案的有益效果是：该LED控制电路能够对LED灯控制发射光线的颜色,还能够控制发射光线的强弱。

进一步，所述微处理器的型号为TPS01或EFM8。

进一步，所述光线传感器的型号为TMG39933。

采用上述进一步方案的有益效果是：该型号的光线传感器对于光线的感应更加灵敏。

基于光线感应的手势识别方法，包括以下步骤：

步骤1，控制LED灯发射光线的颜色以及控制LED灯发射光线的强弱；

步骤2，LED灯根据LED控制电路的控制来发射光线；

步骤3，光线传感器接收当外界有手势动作使LED灯发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器；

步骤4，微处理器对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏进行与手势动作相应的操作，所述手势动作包括按压和移动。

本发明的有益效果是：通过光线传感器对由于手势动作产生的光线变化进行感应，并经过微处理器分析处理，得出手势动作，进而控制显示屏进行相应的手势操作，这样，避免了传统的电容触摸屏或电阻触摸屏在户外或防爆场所不适用的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，当所述IC芯片为一个时，所述步骤4中微处理器通过对数字的光线变化信号积分获取物体运动的速度,从而得到距离。

进一步，当所述IC芯片为一个时，所述步骤4中微处理器根据光线变化信号的幅值来识别按压动作,具体为:

进一步，当所述光线变化信号的幅值大于设定下限阈值时,则为按下动作；当所述光线变化信号的幅值小于上限阈值时,则为抬起动作。

进一步，所述步骤4中微处理器根据相位变化来判断手势运动方向，所述手势运动方向为从相位超前的光线变化信号对应的位置运动至相位滞后的光线变化信号对应的位置。

进一步，当所述IC芯片为多个时,所述步骤4中微处理器采用空间矢量计算方法来识别按压动作和相对位移。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够避免一个IC芯片存在盲区的情况，满足多种设备在手势感知和准确传感方位方面的要求，并实现最低功耗和最小噪音，从而实现全方位的手势识别。

附图说明

图1为本发明中一种基于光线感应的手势识别系统的结构示意图；

图2为本发明中一种基于光线感应的手势识别系统的后视图；

图3为本发明中IC芯片的结构示意图；

图4为本发明中LED控制电路的电路结构示意图；

图5是本发明一种基于光线感应的手势识别方法的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、微处理器，2、显示屏，3、IC芯片，31、LED灯，32、光线传感器，33、LED控制电路，331、LED发光二极管，332、LED灯驱动器，333、PWM波发生器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，为本发明一种基于光线感应的手势识别系统，包括微处理器1、显示屏2和设置在显示屏2边框上的一个或多个IC芯片3；微处理器1位于显示屏2中的电路板上，微处理器1的型号为TPS01或EFM8；

如图3所示，每个所述IC芯片3上集成有LED控制电路33、LED灯31和四个光线传感器32；所述四个光线传感器32呈十字交叉状设置在所述IC芯片3上；所述LED灯31位于所述相对的两个光线传感器32所在的直线上，且位于所述光线传感器32外部的直线上；

如图4所示，所述LED控制电路33包括LED发光二极管331、LED灯驱动器332和PWM波发生器333，所述LED发光二极管331的正极端与电源连接，负极端与LED灯驱动器332连接，LED灯驱动器332还接地。

通过LED灯31，发光二极管331流出稳定的电压信号，然后经过LED灯驱动器332对PWM波发生器333进行驱动，从而根据PWM波发生器333使LED灯31发射相应的光线。

LED灯驱动器332采用PWM方式控制LED发光二极管331，来调整发射光线的强弱。

所述LED控制电路33，用于控制LED灯发射光线的颜色以及控制LED灯31发射光线的强弱；

所述LED灯31，用于根据LED控制电路33的控制来发射光线；

所述光线传感器32，用于接收当外界有手势动作使LED灯发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器1；

所述微处理器1，用于对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏2进行与手势动作相应的操作，所述手势动作包括按压和移动。

如图5所示，基于光线感应的手势识别方法，包括以下步骤：

步骤1，控制LED灯31发射光线的颜色以及控制LED灯31发射光线的强弱；

步骤2，LED灯31根据LED控制电路33的控制来发射光线；

步骤3，光线传感器32接收当外界有手势动作使LED灯31发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器1；

步骤4，微处理器1对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏2进行与手势动作相应的操作，所述手势动作包括按压和移动。

当所述IC芯片3为一个时，所述步骤4中微处理器1通过对数字的光线变化信号积分获取物体运动的速度,从而得到距离；根据光线变化信号的幅值来识别按压动作,具体为:

当光线变化信号的幅值大于设定下限阈值时,则为按下动作；当所述光线变化信号的幅值小于上限阈值时,则为抬起动作。

微处理器1根据相位变化来判断手势运动方向，手势运动方向为从相位超前的光线变化信号对应的位置运动至相位滞后的光线变化信号对应的位置。

当IC芯片3为多个时,步骤4中微处理器1采用空间矢量计算方法来计算物体坐标，从而识别按压动作和相对位移。下面通过举例进行说明:

当IC芯片为3个时,并且位于显示屏2前方的三条边上,将物体的位置用XYZ坐标轴来表示。此时,假如有物体在显示屏2前方运动,并且3个IC芯片均感应到光线的变化,则会通过三个变化的光线坐标来定位物体的位置,进而识别出物体为按压动作或移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于光线感应的手势识别系统，其特征在于，包括微处理器(1)、显示屏(2)和设置在显示屏(2)边框上的一个或多个IC芯片(3)；每个所述IC芯片(3)上集成有LED灯(31)、四个光线传感器(32)和LED控制电路(33)，且所述四个光线传感器(32)呈十字交叉状设置在IC芯片(3)上；

所述LED控制电路(33)，用于控制LED灯(31)发射光线的颜色以及控制LED灯(31)发射光线的强弱；

所述LED灯(31)，用于根据LED控制电路(33)的控制来发射光线；

所述光线传感器(32)，用于接收当外界有手势动作使LED灯(31)发射的光线发生变化时产生的模拟的光线变化信号，并将模拟的光线变化信号转换为数字的光线变化信号，发送给微处理器(1)；

所述微处理器(1)，用于对接收到的数字的光线变化信号进行识别，得到手势动作，从而控制显示屏(2)进行与手势动作相应的操作，所述手势动作包括按压和移动。

2.根据权利要求1所述基于光线感应的手势识别系统，其特征在于，所述LED灯(31)位于相对的两个所述光线传感器(32)所在的直线上，且位于所述光线传感器(32)外部的直线上。

3.根据权利要求1所述基于光线感应的手势识别系统，其特征在于，所述LED控制电路(33)包括LED发光二极管(331)、LED灯驱动器(332)和PWM波发生器(333)，所述LED发光二极管(331)的正极端与电源连接，负极端与所述LED灯驱动器(332)连接，所述LED灯驱动器(332)还接地。

4.根据权利要求1所述基于光线感应的手势识别系统，其特征在于，所述微处理器(1)的型号为TPS01或EFM8。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于光线感应的手势识别系统，其特征在于，所述光线传感器(32)的型号为TMG39933。