CN105242781A - 交互式手势扫描矩阵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交互式手势扫描矩阵及其控制方法，其控制方法：通过分别点亮红外对管矩阵中每一列的红外发射管，然后分别对每一行的红外接收管的电平进行扫描检测并通过电压比较器对接收管的电平进行二值化处理，进而可以获得红外对管矩阵中每个红外接收管的电平状态，通过并入串出移位寄存器和锁存器将每一行的输出值（“0”或“1”）进行移位锁存处理，进而将相应列中每一行的电平状态送至MCU。通过对用户手势的轨迹信息进行记录，通过算法对手势信息进行处理并对用户的手势特征进行提取，然后与预先存储的手势特征库信息进行对比，以此对所述用户特定数据和行为进行访问。可以建立三维的交互式手势扫描矩阵，通过一个或多个虚拟骨架对手势建模还原，以此获得交互用户界面下的3D手势指令。

Description

交互式手势扫描矩阵及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备的人机交互技术，特别涉及一种交互式手势扫描矩阵及其控制方法。

背景技术

在业界，智能手机、平板计算机、个人数字助理(PDA)及其它移动装置等计算装置逐渐包含触摸屏、加速度计、陀螺仪、摄像头、近距离传感器等传感器，通过这些装置捕获用户手的轨迹信息，对用户特定数据进行访问和对特定手势指令进行输出。近些年来，已经开发出各种类型的用户接口系统来方便对计算机和其它电子设备的控制。交互式手势作为一种自然的人机交互语言，更加有利于人机互动，手势控制正在逐渐改变人们的生活方式和生活习惯。

当使用一些触摸屏技术时，触摸屏检测以屏幕触摸或近屏幕触摸形式的用户输入。触摸屏的优势在于除了耦合到显示器的触摸检测装置之外不需要专门的输入设备。目前可获得多种触摸屏技术，包括具有其优势和缺陷的电阻式、电容式、红外式、表面声波式和视频式。

语音控制，言语为一种自然的交流方式，然而，通过语音控制并不可靠，当在嘈杂的地方，系统将无法正常识别用户的语音命令。

通过摄像头对手势进行捕捉、处理需要复杂的算法，由于摄像头被动地接受物体反射回来的光线，受光线影响比较严重，在夜晚摄像头捕获的图像噪点比较多，在光线比较弱的地方对手势无法正常识别而易出现误操作。

发明内容

针对以上技术的不足与缺陷，本发明的目的旨在提供一种操作简单，便于推广，工作稳定，能够通过交互式手势控制各个电子设备的交互式手势扫描矩阵。

本发明的目的是通过采用以下技术方案实现的：按此目的设计的交互式手势扫描矩阵及其控制方法，其电路特征，包括：串入并出移位寄存器和锁存器电路单元、红外发射管驱动电路单元、红外对管矩阵电路单元、电压比较器电路单元、并入串出移位寄存器和锁存器电路单元、稳压供电电路单元、无线数据传输电路单元、数据存储电路单元、OLED显示电路单元、MCU主控电路单元。

其结构特征：红外对管的接收管处附有干涉滤光片，用于滤除除特定红外光谱之外的其余波长的光线，减小太阳光和室内照明光线的影响。

所述串入并出移位寄存器和锁存器电路单元包括74HC595芯片，通过多个串入并出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输入端输出至红外发射管驱动输入端，可以节约大量的I/O口。

可以用其它具有串入并出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC595芯片。

可以通过多片74HC595芯片级联拓展I/O口，以此提高手势识别的分辨率。

所述红外发射管驱动电路单元包括驱动芯片ULN2003和红外发射管驱动输入端的限流电阻；通过ULN2003等电路驱动芯片对红外发射管进行驱动；可用其它驱动电路对红外发射管进行驱动。

所述红外对管矩阵电路单元包括红外发射管的限流电阻、红外接收管的上拉电阻、红外对管矩阵；红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管的集电极接地，发射极外接上拉电阻，红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管一直处于工作状态，等待着发射管发射的光线的触发；当接收管没有接受到红外线时，红外接收管的PN结电阻很大，此时相当于开路，因此接收管的功耗很小；红外对管矩阵中的每一行的接收管的发射极相连并接至电压比较器的输入端，每一行的红外接收管共用同一个比较器；每一列的红外发射管的驱动信号输入端都连在一起并与串入并出移位寄存器和锁存器的并行信号输出端的某一引脚相连。

所述电压比较器电路单元包括电压比较器、滑动变阻器、动作指示灯、动作指示灯限流电阻；通过调节滑动变阻器的阻值，可以调节电压比较器预设的电压值，因此可以调节手势感应距离。

当红外接收管的发射极处的电压大于电压比较器预设的电压时，则电压比较器输出高电平，动作指示灯处于关闭状态；当红外接收管的发射极处的电压小于电压比较器预设的电压时，则电压比较器输出低电平，动作指示灯动作发光提示。

所述并入串出移位寄存器和锁存器电路单元包括：74HC165芯片、上拉电阻；上拉电阻使74HC165的并行数据输入端保持高电平，当电压比较器的输出端输出低电平时，74HC165芯片的并行数据输入端的电压被拉低。

通过多个并入串出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输出端输出至MCU的I/O口，可完成对红外接收管状态的扫描读取，可以节省大量的I/O口；可以用其它具有并入串出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC165芯片；可以通过多片74HC165芯片级联拓展I/O口，以此提高手势识别的分辨率。

当红外接收管未被触发时，则扫描值持续为高电平，若人手挡住某一个红外发射管，相应的红外接收管被触发时，则扫描值持续为低电平，动作指示灯发光，直到人手离开，红外接收管恢复触发前的状态，扫描值再次变为高电平，动作指示灯熄灭。

MCU的I/O口与串入并出芯片的串行数据输入端相连，串入并出芯片的并行数据输出端与红外对管驱动输入端相连，红外对管驱动输出端与红外对管的发射管相连；红外接收管的发射极与电压比较器的输入端相连，电压比较器的输出端与并入串出芯片并行数据输入端相连，并入串出芯片的串行数据输出端与MCU的I/O口相连。

当红外对管矩阵的接收管都处于工作状态时，通过分别点亮红外对管矩阵中每一列的红外发射管，然后分别对每一行的红外接收管的电平进行扫描检测并通过电压比较器对接收管的电平进行二值化处理，进而可以获得红外对管矩阵中每个红外接收管的电平状态，通过并入串出移位寄存器和锁存器将每一行的电压比较器的输出值(“0”或“1”)进行移位锁存处理，进而将相应列中每一行的电平状态送至MCU。

通过循环点亮每一列的红外发射管，对每一列中相应行的电压比较器输出端的电平高低进行检测，即可得到红外矩阵的实时触发情况。通过MCU对各个矩阵场信息进行相应的处理，即可以实现手势控制。

所述稳压供电电路单元包括：稳压芯片、开关、熔断丝、稳压二极管、滤波电容、电源指示灯、限流电阻、插座。插座用于连接外部电源；稳压供电电路通过对外部电源进行限流、滤波、稳压，进而对红外对管矩阵供电。

所述无线数据传输电路单元包括WiFi、蓝牙或其它无线发射模块。

所述数据存储电路单元包括一种数据存储介质，该存储介质用于存储录入的手势特征库信息。

所述OLED显示屏电路单元用于对手势图形数据信息进行显示。

通过对用户手势的轨迹信息(手移动速度、加速度、持续时间、触发红外接收管的个数、触发轨迹数目、触发轨迹坐标)进行记录，通过算法对手势信息进行处理并对用户的手势特征进行提取，然后与预先存储的手势特征库信息进行对比，通过无线数据传输或者有线端口输出特定的指令，以此对所述用户特定数据和行为进行访问。

交互式手势扫描矩阵可以实现多点触控，所述触控点在整个手势期间得以保持，因此可以在同一时间输入至少一条运动轨迹。

该交互式手势扫描矩阵可加载多个输出端口，通过输出端口与带有屏幕的电子设备相连，可以将MCU处理后的指令和手势矩阵扫描信息以动态视频或图像的形式显示在屏幕中，该端口输出一动作指令即对应屏幕中图像的变化，例如：可用于图形交互界面，用于引导光标的移动。

该装置可作为一些交互式程序软件的程序接口，例如：体感游戏程序接口；对于一般的程序接口或画面，用户可以进行远距离单点或多点的手势触控操作，以智能手机为例，如：画面移动、切换或缩放等操作，而部分应用程序也提供具有虚拟按键的操作接口供用户操控。

可以建立三维的交互式手势扫描矩阵，分别在X、Y、Z轴平面内进行手势扫描，以此获得3D手势指令，增加了手势控制的维度和手势特征库的多样性，增加了Z轴的深度信息；在需要3D场景或接口下操作的应用程序，例如在游戏场景中，通过对游戏玩家手势的捕捉和处理，可以通过一个或多个虚拟骨架对手势建模还原，经建模的骨架的各个方面可用于交互用户界面的输入命令。

同样可以通过三维的交互式手势扫描矩阵来构建三维的立体模型，将扫描以后的三维模型数据通过输出端口与计算机等图形处理设备相连，可用于快速构建立体模型。

三维的交互式手势扫描矩阵由于各个红外对管分布均匀，扫描后的三维立体图形数据不存在扭曲变形的情况，手势特征库更容易构造。

用户可以根据自己的习惯自主定义各种手势，也可以使用存储介质中预存的手势，用户可以自由的录入各种手势，并可以为自己录入的各种手势配置手势指令，手势特征与手势指令一一对应，因此增加了用户的自由度，更加符合用户的使用习惯。在切换手势的时候，OLED显示屏会将手势匹配信息及手势的二维或三维图形实时更新。

可以构建其它形状的交互式手势扫描矩阵，例如球形、长方体形及其它。

附图说明

图1为本发明的逻辑框图1。

图2为本发明的逻辑框图2。

图3为本发明的串入并出移位寄存器和锁存器电路单元、红外发射管驱动电路单元和4*2红外对管矩阵电路单元原理图。

图4为本发明的电压比较器电路单元、并入串出移位寄存器和锁存器电路单元原理图。

图5为本发明的稳压供电电路单元原理图。

图6为本发明通过三片74HC595级联拓展I/O口原理图。

图7为本发明通过三片74HC165级联拓展I/O口原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步描述。

第一实施例

参见图3，串入并出移位寄存器和锁存器电路单元1.1包括74HC595芯片，74HC595芯片具有8位移位寄存器和一个锁存器，具有三态输出功能，其中移位寄存器和锁存器具有相互独立的时钟。

红外发射管驱动电路单元1.2包括ULN2003电路驱动芯片ULN1、ULN2，电阻R8、R10、R12、R13、R19、R20、R21、R22。

ULN2003电路驱动芯片是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成；电阻R8、R10、R12、R13、R19、R20、R21、R22为红外发射管驱动输入端的限流电阻。

4*2红外对管矩阵电路单元1.2包括电阻R1、R4、R5、R6、R7、R14、R15、R16、R17、R18，红外对管InfraA1、InfraA2、InfraA3、InfraA4、InfraB1、InfraB2、InfraB3、InfraB4。电阻R1、R14为上拉电阻；电阻R4、R5、R6、R7、R15、R16、R17、R18为红外发射管的限流电阻。

4*2红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管的集电极接地，发射极外接上拉电阻R1/R14，因此4*2红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管一直处于工作状态，等待着发射管发射的光线的触发。

红外对管InfraA1，InfraA2，InfraA3，和InfraA4中的接收管的发射极相连，通过OUT1将发射极处的电压送至电压比较器COM1的输入端，红外对管InfraB1，InfraB2，InfraB3，和InfraB4中的接收管的发射极相连，通过OUT2将发射极处的电压送至电压比较器COM1的输入端。

参见图4，电压比较器电路单元1.3包括电压比较器COM1，电阻R2、R3，滑动变阻器R9、R11，动作指示灯D1、D2；电压比较器COM1内部含有两路电压比较器；通过调节R9，R11的阻值，可以调节电压比较器COM1预设的电压值，因此可以调节手势感应距离；电阻R2和R3分别为动作指示灯D1和D2的限流电阻。

D1、D2为动作指示灯，当OUT1或OUT2处的电压大于电压比较器预设的电压时，则电压比较器COM1输出端第一引脚或第七引脚输出高电平，则动作指示灯D1或D2处于关闭状态；当OUT1或OUT2处的电压小于电压比较器预设的电压时，则电压比较器COM1输出端第一引脚或第七引脚输出低电平，则动作指示灯D1或D2动作发光。

并入串出移位寄存器和锁存器电路单元1.4包括74HC165芯片UB1，电阻R24、R25；74HC165是8位并行输入串行输出移位寄存器，可在末级得到互斥的串行输出；R24，R25为上拉电阻，使74HC165的第5、6引脚保持高电平，当电压比较器的ROW1引脚输出低电平时，74HC165芯片的第5引脚处电压被拉低。

参见图3和图4，74HC595芯片UA1的第11、12、14引脚与MCU的I/O口相连，第14引脚为串行信号输入端；INT1、INT2、INT3、INT4为74HC595芯片UA1并行信号输出端，在时钟脉冲的作用下，UA1芯片将串行输入的8位数，转变为并行输出的8位数，进而将并行输出的8位数送至红外发射管驱动ULN1和ULN2的驱动输入端。

当INT1处为高电平，INT2,、INT3、INT4为低电平时，则4*2红外对管矩阵第一列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线；当INT2处为高电平，INT1,、INT3、INT4为低电平时，则4*2红外对管矩阵第二列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线；当INT3处为高电平，INT1,、INT2、INT4为低电平时，则4*2红外对管矩阵第三列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线；当INT4处为高电平，INT1,、INT2、INT3为低电平时，则4*2红外对管矩阵第四列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线。

当INT1为高电平时，INT2,、INT3、INT4为低电平时，4*2红外对管矩阵第一列InfraA1和InfraB1中的红外发射管发射光线，当红外对管InfraA1和InfraB1发射管发射的光线未被障碍物挡回到接收管时，红外对管InfraA1和InfraB1接收管的集电极和发射极之间的电阻阻值远远大于上拉电阻R1和R14的阻值，因此集电极和发射极之间分得的压降远远大于上拉电阻R1/R14分得的压降，通过OUT1/OUT2处的电压与电压比较器COM1第二引脚和第六引脚预设的电压相比较，此时的电压大于预设的电压，因此电压比较器COM1的第一引脚和第八引脚分别输出高电平到74HC165。

当红外对管InfraA1发射管发射的光线被障碍物挡回到接收管，InfraB1发射管发射的光线未被障碍物挡回到接收管时，红外对管InfraA1中的接收管的集电极和发射极导通，集电极和发射极导通后的饱和压降为0.2V左右，红外对管InfraA1的发射极处的的电压约为0.2V，通过OUT1处的电压与电压比较器COM1第2引脚预设的电压相比较，此时的电压小于预设的电压，则电压比较器COM1的第一引脚输出低电平，第八引脚输出低电平到74HC165。

当红外接收管未被触发时，则扫描值持续为高电平，若人手挡住某一个红外发射管，相应的红外接收管被触发时，则扫描值持续为低电平，动作指示灯发光，直到人手离开，红外接收管恢复触发前的状态，扫描值再次变为高电平，动作指示灯熄灭。

74HC165芯片UB1，UB1的第1、2、9引脚与MCU的I/O口相连，第9引脚为串行数据输出端，第6、5、4、3、14、13、12、11引脚为74HC165芯片并行数据输入端。

通过74HC165芯片将并行输入的8位数转变为串行输出的8位数，串行输出的8位数送至MCU的I/O口处。

先对INT1输入高电平，对INT2、INT3、INT4输入低电平，通过74HC165芯片检测ROW1，ROW2处的电平状态，然后在时钟脉冲的作用下将串行数据输出至MCU的I/O口；然后对INT2输入高电平，对INT1、INT3、INT4输入低电平，通过74HC165芯片检测ROW1，ROW2处的电平状态，然后在时钟脉冲的作用下将串行数据输出至MCU的I/O口；然后对INT3输入高电平，对INT1、INT2、INT4输入低电平，通过74HC165芯片检测ROW1，ROW2处的电平状态，然后在时钟脉冲的作用下将串行数据输出至MCU的I/O口；然后对INT4输入高电平，对INT1、INT2、INT3输入低电平，通过74HC165芯片检测ROW1，ROW2处的电平状态，然后在时钟脉冲的作用下将串行数据输出至MCU的I/O口；由此可以将4*2红外对管矩阵扫描一次，得到一场的数据。

通过点亮4*2红外对管矩阵中的每一列的红外发射管，对每一行的红外接收管的发射极电压进行扫描检测并通过电压比较器对电压进行二值化处理，即可得到每一个红外接收管的状态信息，通过循环点亮每一列的红外发射管，对每一列中相应行的电压比较器输出端的电平高低进行检测，即可得到4*2红外对管矩阵的实时触发情况；通过MCU对各个矩阵场信息进行相应的处理，即可以实现手势控制。

如图5，稳压供电电路单元1.5包括稳压芯片U1，开关SW1，熔断丝F1，稳压二极管D4，电容C1、C2、C3、C4，电源指示灯D3，电阻R23，插座J1；插座用于连接外部电源；稳压供电电路通过对外部电源进行限流、滤波、稳压，进而对红外对管矩阵供电。

第二实施例

参见图1—图7，本交互式手势扫描矩阵，其电路特征：包括，串入并出移位寄存器和锁存器电路单元、红外发射管驱动电路单元、红外对管矩阵电路单元、电压比较器电路单元、并入串出移位寄存器和锁存器电路单元、稳压供电电路单元、无线数据传输电路单元、数据存储电路单元、OLED显示屏电路单元、MCU主控电路单元。

参见图2，稳压供电电路单元一直为红外对管的接收管持续供电，当接收管没有接受到红外线时，红外接收管的PN结电阻很大，此时相当于开路，因此接收管的功耗很小。

MCU的I/O口与串入并出芯片的串行数据输入端相连，串入并出芯片的并行数据输出端与红外对管驱动输入端相连，红外对管驱动输出端与红外对管的发射管相连；红外接收管的发射极与电压比较器的输入端相连，电压比较器的输出端与并入串出芯片并行数据输入端相连，并入串出芯片的串行数据输出端与MCU的I/O口相连。

每一行的红外接收管共用同一个电压比较器，每一列的红外发射管的驱动信号输入端都连在一起并与串入并出移位寄存器和锁存器的并行信号输出端的某一引脚相连。

参见图2，扫描方向如图所示，从第一列InfraA1到Infram1,再从第二列InfraA2到Infram2，再从第三列InfraA3到Infram3，再从第四列InfraA4到Infram4，一直扫描到第n列InfraAn到Inframn，即完成了一场的扫描。

当红外对管矩阵的接收管都处于工作状态时，通过分别点亮红外对管矩阵中每一列的红外发射管，然后分别对每一行的红外接收管的电平进行扫描检测并通过电压比较器对接收管的电平状态进行二值化处理，进而可以获得红外对管矩阵中每个红外接收管的电平状态，通过并入串出移位寄存器和锁存器将每一行的电压比较器的输出值(“0”或“1”)进行移位锁存处理，进而将相应列中每一行的电平状态送至MCU。

通过循环点亮每一列的红外发射管，对每一列中相应行的电压比较器输出端的电平高低进行检测，即可得到红外矩阵的实时触发情况。通过MCU对各个矩阵场信息进行相应的处理，即可以实现手势控制。

例如：先对INT1输入高电平，对INT2、INT3、INT4…..INTN输入低电平，则红外对管矩阵第一列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线；当第一列的红外发射管InfraA1、InfraB1、InfraC1、InfraD1、……Infram1都发射光线，其余列不发射光线时，当第一列的红外发射管发射的光线未被障碍物挡回接收管时，每一行的电压比较器的输出端输出高电平到并入串出移位寄存器，然后在时钟脉冲的作用下进行移位锁存处理，进而将第一列中每一行的电平状态送至MCU。

然后对INT2输入高电平，对INT1、INT3、INT4…..INTN输入低电平，则红外对管矩阵第二列的红外发射管都发射光线，其余列不发射光线；当第二列的红外发射管InfraA2、InfraB2、InfraC2、InfraD2、……Infram2都发射光线，其余列不发射光线时，当第二列的红外发射管发射的光线全部被障碍物挡回接收管时，每一行的电压比较器的输出端输出低电平到并入串出移位寄存器，然后在时钟脉冲的作用下进行移位锁存处理，进而将第二列中每一行的电平状态送至MCU。

当第三列的红外发射管InfraA3、InfraB3、InfraC3、InfraD3、……Infram3都发射光线，其余列不发射光线时，当第三列的红外发射管发射的光线部分被障碍物挡回接收管时，接收到光线的所在行的电压比较器输出低电平到并入串出移位寄存器，未接收到光线的所在行的电压比较器输出高电平到并入串出移位寄存器，然后在时钟脉冲的作用下进行移位锁存处理，进而将第三列中每一行的电平状态送至MCU；……；然后对INTN输入高电平，对INT1、INT2、INT3…、INT(N-2)、INT(N-1)输入低电平，则红外对管矩阵第N列的红外发射管都发射光线，通过并入串出移位寄存器分别检测第N列中每一行的电压比较器输出端的电平状态，然后在时钟脉冲的作用下将第N列中每一行的电平状态送至MCU。

由此可以将m*n红外对管矩阵扫描检测一次，得到一场的数据。

通过多个串入并出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输入端输出至红外发射管驱动输入端，即可点亮不同列的红外发射管；可以节约大量的I/O口。

通过多个并入串出寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输出端输出至MCU的I/O口，可完成对红外接收管的状态进行扫描读取，可以节省大量的I/O口。

通过ULN2003等电路驱动芯片对红外发射管进行驱动。

无线数据传输电路单元包括WiFi、蓝牙或其它无线发射模块。

数据存储电路单元包括一种数据存储介质，该存储介质用于存储录入的手势特征库信息。

第三实施例

参见图6，通过三片74HC595芯片级联拓展I/O口原理图，其中UA2、UA3、UA4为74HC595芯片；UA2、UA3、UA4的第9引脚为串行数据输出引脚，UA2、UA3、UA4的第14引脚为串行数据输入引脚，UA2的第9引脚与UA3的第14引脚相连，UA3的第9引脚与UA4的第14引脚相连，UA2的第14引脚与MCU的I/O口相连。

通过多个串入并出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输入端输出至红外发射管驱动输入端，可以节约大量的I/O口；可以用其它具有串入并出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC595芯片。

可以通过多片74HC595芯片级联拓展I/O口，以此提高手势识别的分辨率。

第四实施例

参见图7，通过三片74HC165芯片级联拓展I/O口原理图。

其中UB2、UB3、UB4为74HC165芯片，ResPack4为上拉电阻，UB2、UB3、UB4的第10引脚为串行数据输入引脚，UB2、UB3、UB4的第9引脚为串行数据输出引脚，UB2的第9引脚与MCU的I/O口相连，UB2的第10引脚与UB3的第9引脚相连，UB3的第10引脚与UB4的第9引脚相连。

ResPack4为上拉电阻，使74HC165的并联数据输入端保持高电平，当电压比较器的输出端输出低电平时，74HC165芯片的并联数据输入端的电压被拉低。

通过多个并入串出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输出端输出至MCU的I/O口，可完成对红外接收管的状态扫描读取，可以节省大量的I/O口；可以用其它具有并入串出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC165芯片；可以通过多片74HC165芯片级联拓展I/O口，以此提高手势识别的分辨率。

第五实施例

通过对用户手势的轨迹信息(手移动速度、加速度、持续时间、触发红外接收管的个数、触发轨迹数目、触发轨迹坐标)进行记录，通过算法对手势信息进行处理并对用户的手势特征进行提取，然后与预先存储的手势特征库信息进行对比，通过无线传输或者有线端口输出特定的指令，以此对所述用户特定数据和行为进行访问。

交互式手势扫描矩阵可以实现多点触控，所述触控点在整个手势期间得以保持，因此可以在同一时间输入至少一条运动轨迹。

该交互式手势扫描矩阵可加载多个输出端口，通过输出端口与带有屏幕的电子设备相连，可以将MCU处理后的指令和手势矩阵扫描信息以动态视频或图像的形式显示在屏幕中，该端口输出一动作指令即对应屏幕中图像的变化，例如：可用于图形交互界面，用于引导光标的移动。

该装置可作为一些交互式程序软件的程序接口，例如：体感游戏程序接口；对于一般的程序接口或画面，用户可以进行远距离单点或多点的手势触控操作，以智能手机为例，如：画面移动、切换或缩放等操作，而部分应用程序也提供具有虚拟按键的操作接口供用户操控。

第六实施例

可以建立三维的交互式手势扫描矩阵，分别在X、Y、Z轴平面内进行手势扫描，以此获得3D手势指令，增加了手势控制的维度和手势特征库的多样性，增加了Z轴的深度信息；在需要3D场景或接口下操作的应用程序，例如在游戏场景中，通过对游戏玩家手势的捕捉和处理，可以通过一个或多个虚拟骨架对手势建模还原，经建模的骨架的各个方面可用于交互用户界面的输入命令。

同样可以通过三维的交互式手势扫描矩阵来构建三维的立体模型，将扫描以后的三维模型数据通过输出端口与计算机等图形处理设备相连，可用于快速构建立体模型。

三维的交互式手势扫描矩阵由于各个红外对管分布均匀，扫描后的三维立体图形数据不存在扭曲变形的情况，手势特征库更容易构造。

用户可以根据自己的习惯自主定义各种手势，也可以使用存储介质中预存的手势，用户可以自由的录入各种手势，并可以为自己录入的各种手势配置手势指令，手势特征与手势指令一一对应，因此增加了用户的自由度，更加符合用户的使用习惯。在切换手势的时候，OLED显示屏会将手势匹配信息及手势的二维或三维图形实时更新。

可以构建其它形状的交互式手势扫描矩阵，例如球形、长方体形及其它。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。

Claims (10)

1.交互式手势扫描矩阵及其控制方法，包括：串入并出移位寄存器和锁存器电路单元、红外发射管驱动电路单元、红外对管矩阵电路单元、电压比较器电路单元、并入串出移位寄存器和锁存器电路单元、稳压供电电路单元、无线数据传输电路单元、数据存储电路单元、OLED显示电路单元、MCU主控电路单元。

2.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其结构特征在于：红外对管的接收管处附有干涉滤光片，用于滤除除特定红外光谱之外的其余波长的光线。

3.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其特征在于：所述串入并出移位寄存器和锁存器电路单元包括74HC595芯片或其它具有串入并出移位寄存功能和锁存功能的芯片，通过多个串入并出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输入端输出至红外发射管驱动输入端。

4.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其特征在于：所述红外对管矩阵电路单元包括红外发射管的限流电阻、红外接收管的上拉电阻、红外对管矩阵；红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管的集电极接地，发射极外接上拉电阻，红外对管矩阵中的每一行的接收管的发射极相连并接至电压比较器的输入端，每一行的红外接收管共用同一个比较器；每一列的红外发射管的驱动信号输入端都连在一起并与串入并出移位寄存器和锁存器的并行信号输出端的某一引脚相连。

5.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其特征在于：所述电压比较器电路单元包括电压比较器、滑动变阻器、动作指示灯、动作指示灯限流电阻，通过调节滑动变阻器的阻值，可以调节手势感应距离。

6.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其特征在于：所述并入串出移位寄存器和锁存器电路单元包括上拉电阻、74HC165芯片或其它具有并入串出移位寄存功能和锁存功能的芯片；通过多个并入串出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输出端输出至MCU的I/O口。

7.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵，其特征在于：MCU的I/O口与串入并出芯片的串行数据输入端相连，串入并出芯片的并行数据输出端与红外对管驱动输入端相连，红外对管驱动输出端与红外对管的发射管相连；红外接收管的发射极与电压比较器的输入端相连，电压比较器的输出端与并入串出芯片并行数据输入端相连，并入串出芯片的串行数据输出端与MCU的I/O口相连。

8.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵的控制方法，其特征在于：当红外对管矩阵的接收管都处于工作状态时，通过分别点亮红外对管矩阵中每一列的红外发射管，然后分别对每一行的红外接收管的电平进行扫描检测并通过电压比较器对接收管的电平进行二值化处理，进而可以获得红外对管矩阵中每个红外接收管的电平状态，通过并入串出移位寄存器和锁存器将每一行的电压比较器的输出值（“0”或“1”）进行移位锁存处理，进而将相应列中每一行的电平状态送至MCU；通过循环点亮每一列的红外发射管，对每一列中相应行的电压比较器输出端的电平高低进行检测，即可得到红外矩阵的实时触发情况。

9.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵的控制方法，其特征在于：通过对用户手势的轨迹信息（手移动速度、加速度、持续时间、触发红外接收管的个数、触发轨迹数目、触发轨迹坐标）进行记录，通过算法对手势信息进行处理并对用户的手势特征进行提取，然后与预先存储的手势特征库信息进行对比，通过无线传输或者有线端口输出特定的指令，以此对所述用户特定数据和行为进行访问。

10.根据权利要求1所述的交互式手势扫描矩阵的控制方法，其特征在于：对于需要3D场景或接口下操作的应用程序，可以建立三维的交互式手势扫描矩阵，分别在X、Y、Z轴平面内进行手势扫描，通过一个或多个虚拟骨架对手势建模还原，以此获得交互用户界面下的3D手势指令，将扫描以后的三维模型数据通过输出端口或无线数据传输与计算机等图形处理设备相连。