CN106919261A - 一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置,该方法包括:建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;计算用户的手的坐标;根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。上述基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置,能够根据红外传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,个别点的异常并不影响区域判断,抗干扰能力强,识别率高。
Description
技术领域
本发明属于智能控制技术领域,特别是涉及一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置。
背景技术
在智能控制领域,一直追求更简单、更便捷的控制方式,基于手势识别的控制就是其中一种方便用户操作的一种控制方式,只需要挥出特定的手势即可完成控制。手势识别装置主要有基于视觉传感器、深度传感器和红外传感器的方案,其中红外传感器因控制简单、成本低,而应用前景较广。
目前常用的红外传感器的手势识别方案是通过两到四颗红外发射管、光电二极管及手势感应芯片构造低成本的红外手势识别装置。首先红外发射管向外发射经过调制的红外光,然后经过外界物体(如用户的手)反射回来给光电二极管,光电二极管把接收到的光信号转换成电信号和另外一路补偿管的信号进行比较之后传给手势感应芯片,手势感应芯片再根据各信号的特征和特征出现的先后来识别手势动作。
然而,红外传感器根据信号响应速度、上升斜率和峰值等特征来识别手势,这些特征可变性大,容易受干扰,因此识别率不高,一致性不太好,本该靠近的先响应,结果距离远的先响应了,而且测得的距离感应强度不一致,信号波动比较大并不光滑,这些势必造成误判断。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置,能够根据红外传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,个别点的异常并不影响区域判断,抗干扰能力强,识别率高。
本发明提供的一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,包括:
建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;
当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
计算用户的手的坐标;
根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别方法中,
在所述确定各个传感器的坐标之后,还包括:
设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别方法中,
所述计算用户的手的坐标之后,还包括:
剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别方法中,
所述以所述象限区域的变化识别用户的手势类型包括:
以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
本发明提供的一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置,包括:
归一化单元,用于建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;
测量单元,用于当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
计算单元,用于计算用户的手的坐标;
手势识别单元,用于根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别装置中,还包括:
判定单元,用于设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别装置中,还包括:
滤波单元,用于剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
优选的,在上述基于区域顺序重构的红外手势识别装置中,所述手势识别单元具体用于以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
通过上述描述可知,本发明提供的上述基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置,由于该方法包括:建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;计算用户的手的坐标;根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型,因此能够根据红外传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,个别点的异常并不影响区域判断,抗干扰能力强,识别率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法的示意图;
图2为红外测距传感器设置位置的示意图;
图3为本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置的示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法和装置,可应用于手机、汽车、无人机、空调、冰箱、电视、洗衣机和电灯等可智能控制的数字设备上,能够根据红外传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,个别点的异常并不影响区域判断,抗干扰能力强,识别率高。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法如图1所示,图1为本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法的示意图,该方法包括如下步骤:
S1:建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;
需要说明的是,这里选择至少四个红外测距传感器的原因在于:四个以上的更多数量会得到冗余的信息,4个以内的话,很难判断异常信号,4个以上可以判断这个信号的可靠性是否较高,是否为异常信号。参考图2,图2为红外测距传感器设置位置的示意图,由实心圆代表的4个红外传感器排列在正方形的四个角上,将4个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,坐标分别为topLeft(-1,1,0),topRight(1,1,0),bottomLeft(-1,-1,0),bottomRight(1,-1,0),当手趋近红外传感器时,4个红外传感器会测得到手的距离信息,归一化后的距离为dtopLeft、dtopRight、dbottomLeft、dbottomRight。令手的坐标为(xhand,yhand,zhand),则有如下关系:
S2:当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
S3:计算用户的手的坐标;
具体的,计算公式如下:
S4:根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。
需要说明的是,这里所说的象限区域的变化是指用户的手所处的区域发生的变化,继续参考图2,当所过区域从第III区域开始,穿过第I区域结束,视为向上挥动的手势;当所过区域从第IV区域开始,穿过第II区域结束,视为向左挥动的手势;当所过区域从第II区域开始,穿过第IV区域结束,视为向右挥动的手势。
通过上述描述可知,本申请实施例提供的上述第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,由于包括:建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;计算用户的手的坐标;根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型,因此能够根据红外传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,个别点的异常并不影响区域判断,抗干扰能力强,识别率高。
本申请实施例提供的第二种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,是在上述第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法的基础上,还包括如下技术特征:
在所述确定各个传感器的坐标之后,还包括:
设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
具体而言,选定有效距离阈值dthres来确认有效手势区域,当dtopLeft、dtopRight、dbottomLeft、dbottomRight均小于dthres时才进行计算。根据手势识别模块的有效范围来定这种阈值,如50cm内有效,则dthres就要对应到50cm的距离作为阈值。
本申请实施例提供的第三种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,是在上述第一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法的基础上,还包括如下技术特征:
所述计算用户的手的坐标之后,还包括:
剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
具体而言,当zhand小于或等于0时剔除,且运用滑动平均值对数据滤波,并剔除相邻点波动很大的值,这种滑动平均值滤波方式具体如下:滑动平均值沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均,对周期性干扰有良好的抑制作用,适用于高频震荡的系统,并且该算法通过环形结构加速运算。当然,除了这种方式之外,还可以采用中值滤波或低通滤波等方式,此处并不限制。
本申请实施例提供的第四种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,是在上述第一种至第三种基于区域顺序重构的红外手势识别方法中任一种的基础上,还包括如下技术特征:
所述以所述象限区域的变化识别用户的手势类型包括:
以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
具体的,继续参考图2,当用户的手经过I-II-III-IV,或II-III-IV-I,或III-IV-I-II,或IV-I-II-III为逆时针;经过IV-III-II-I,或III-II-I-IV,或II-I-IV-III,或I-IV-III-II为顺时针。可见,根据红外测距传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,抗干扰性好,识别率高。
本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置如图3所示,图3为本申请实施例提供的第一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置的示意图,该装置包括:
归一化单元201,用于建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标,需要说明的是,这里选择至少四个红外测距传感器的原因在于:四个以上的更多数量会得到冗余的信息,4个以内的话,很难判断异常信号,4个以上可以判断这个信号的可靠性是否较高,是否为异常信号;
测量单元202,用于当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
计算单元203,用于计算用户的手的坐标;
手势识别单元204,用于根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型,这里所说的象限区域的变化是指用户的手所处的区域发生的变化,继续参考图2,当所过区域从第III区域开始,穿过第I区域结束,视为向上挥动的手势;当所过区域从第IV区域开始,穿过第II区域结束,视为向左挥动的手势;当所过区域从第II区域开始,穿过第IV区域结束,视为向右挥动的手势。
本申请实施例提供的第二种基于区域顺序重构的红外手势识别装置,是在上述第一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置的基础上,还包括如下技术特征:
判定单元,用于设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
本申请实施例提供的第三种基于区域顺序重构的红外手势识别装置,是在上述第一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置的基础上,还包括如下技术特征:
滤波单元,用于剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
具体而言,当zhand小于或等于0时剔除,且运用滑动平均值对数据滤波,并剔除相邻点波动很大的值,这种滑动平均值滤波方式具体如下:滑动平均值沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均,对周期性干扰有良好的抑制作用,适用于高频震荡的系统,并且该算法通过环形结构加速运算。当然,除了这种方式之外,还可以采用中值滤波或低通滤波等方式,此处并不限制。
本申请实施例提供的第四种基于区域顺序重构的红外手势识别装置,是在上述第一种至第三种基于区域顺序重构的红外手势识别装置中任一种的基础上,还包括如下技术特征:
所述手势识别单元具体用于以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
根据红外测距传感器阵列的排列关系以及红外测距值恢复手势的三维运动坐标,判断其穿越的区域来识别手势动作,抗干扰性好,识别率高。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种基于区域顺序重构的红外手势识别方法,其特征在于,包括:
建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;
当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
计算用户的手的坐标;
根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。
2.根据权利要求1所述的基于区域顺序重构的红外手势识别方法,其特征在于,
在所述确定各个传感器的坐标之后,还包括:
设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
3.根据权利要求1所述的基于区域顺序重构的红外手势识别方法,其特征在于,
所述计算用户的手的坐标之后,还包括:
剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于区域顺序重构的红外手势识别方法,其特征在于,
所述以所述象限区域的变化识别用户的手势类型包括:
以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
5.一种基于区域顺序重构的红外手势识别装置,其特征在于,包括:
归一化单元,用于建立坐标系,将排列好的至少四个红外测距传感器到X轴和Y轴的距离归一化,确定各个传感器的坐标;
测量单元,用于当检测到用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围内时,测量用户的手与每个所述红外测距传感器的距离;
计算单元,用于计算用户的手的坐标;
手势识别单元,用于根据所述用户的手的坐标判断用户的手所在的象限区域,并以所述象限区域的变化识别用户的手势类型。
6.根据权利要求5所述的基于区域顺序重构的红外手势识别装置,其特征在于,还包括:
判定单元,用于设定有效距离阈值,并计算用户的手与所述红外测距传感器的距离,所述距离小于所述有效距离阈值时,判定用户的手进入所述红外测距传感器的有效范围。
7.根据权利要求5所述的基于区域顺序重构的红外手势识别装置,其特征在于,还包括:
滤波单元,用于剔除Z轴坐标小于零的坐标,并利用滑动平均值方式对所述坐标进行滤波。
8.根据权利要求5-7任一项所述的基于区域顺序重构的红外手势识别装置,其特征在于,
所述手势识别单元具体用于以所述象限区域的变化识别用户的平移手势、顺时针转动手势或逆时针转动手势。
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