CN106940528B - 一种基于智能设备的手势控制方法和系统 - Google Patents

一种基于智能设备的手势控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能设备领域，提供一种基于智能设备的手势控制方法和系统，以提高对家电产品操作的可靠性和安全性。所述方法包括：多个红外发射器中的一个红外发射器发出红外线，红外线被用户的手反射；若红外线被所述用户的手正常反射，则红外接收器和单片机根据d和s确定用户的手势；若红外线的反射发生紊乱，则红外接收器和单片机根据红外线的相位确定用户的手势。本发明提供的技术方案一方面不会磨损家电产品的零部件，从而延长家电产品的寿命；另一方面，家电产品即使发生漏电或功率过大，也不会发生触电行为，从而提高了使用的安全性；第三方面，不会有电磁干扰的情况发生，对家电产品操作的可靠性加强。

Description

一种基于智能设备的手势控制方法和系统
技术领域
本发明属于智能设备领域，尤其涉及一种基于智能设备的手势控制方法和系统。
背景技术
目前，普通家庭拥有越来越多的家电产品。如何操作家电产品，一直是业界关注的问题。虽然目前对家电产品的操作方式有很多种，例如机械按键、触摸按键、旋钮、触摸屏和声音控制等，但对家电产品的操作仍然需要考虑到各种因素，例如，可靠性和安全性。这是因为，若操作方式不可靠，则效率不高，或者，若操作方式不安全，则产品必然会遭到用户的摒弃。
以机械按键、触摸按键、旋钮或触摸屏的操作方式为例，这些操作方式都必然要与家电产品接触，使用时间一长，可能会磨损零部件，从而降低家电产品的寿命，另一方面，若家电产品发生漏电或功率过大，还可能发生触电行为，使用安全大打折扣，而诸如声音控制等操作方式，则可能会存在不可靠的问题。
综上，从目前来看，对家电产品的控制存在操作不安全和不可靠的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能设备的手势控制方法和系统，以提高对家电产品操作的可靠性和安全性。
本发明第一方面提供一种基于智能设备的手势控制方法，所述方法包括：
多个红外发射器中的一个红外发射器发出红外线，所述红外线被用户的手反射；
若所述红外线被所述用户的手正常反射，则红外接收器和单片机根据d和s确定所述用户的手势，所述d为P点与所述用户的手之间的距离，所述P点为所述红外接收器与所述发出红外线的红外发射器之间连线的中点，所述s为所述红外接收器接收到的红外线的强度；
若所述红外线的反射发生紊乱，则所述红外接收器和单片机根据所述红外线的相位确定所述用户的手势。
本发明第二方面提供一种基于智能设备的手势控制系统，所述系统包括一个红外接收器、一个单片机和多个不同时打开的红外发射器；
所述打开的一个红外发射器，用于发出红外线，所述红外线被用户的手反射；
所述红外接收器和单片机，用于若所述红外线被所述用户的手正常反射，则根据d和s确定所述用户的手势，所述d为P点与所述用户的手之间的距离，所述P点为所述红外接收器与所述发出红外线的红外发射器之间连线的中点，所述s为所述红外接收器接收到的红外线的强度；
所述红外接收器和单片机，还用于若所述红外线的反射发生紊乱，则根据所述红外线的相位确定所述用户的手势。
从上述本发明技术方案可知，由于不用接触而是通过检测红外线的反射来判断用户的手势，因此，一方面不会磨损家电产品的零部件，从而延长家电产品的寿命；另一方面，家电产品即使发生漏电或功率过大，也不会发生触电行为，从而提高了使用的安全性；第三方面，不会有电磁干扰的情况发生，对家电产品操作的可靠性加强。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于智能设备的手势控制方法的实现流程示意图；
图2-a是本发明实施例二提供的距离检测示意图；
图2-b是本发明实施例三提供的距离检测示意图；
图3是本发明实施例四提供的距离检测示意图；
图4是本发明实施例五提供的距离检测示意图；
图5是本发明实施例六提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图；
图6是本发明实施例七提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图；
图7是本发明实施例八提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图；
图8是本发明实施例九提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图；
图9是本发明实施例十提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于智能设备的手势控制方法，所述方法包括：多个红外发射器中的一个红外发射器发出红外线，所述红外线被用户的手反射；若所述红外线被所述用户的手正常反射，则红外接收器和单片机根据d和s确定所述用户的手势，所述d为P点与所述用户的手之间的距离，所述P点为所述红外接收器与所述发出红外线的红外发射器之间连线的中点，所述s为所述红外接收器接收到的红外线的强度；若所述红外线的反射发生紊乱，则所述红外接收器和单片机根据所述红外线的相位确定所述用户的手势。本发明实施例还提供相应的基于智能设备的手势控制系统。以下分别进行详细说明。
请参阅附图1，是本发明实施例一提供的基于智能设备的手势控制方法的实现流程示意图，智能设备可以是智能冰箱、智能洗衣机、智能空调和智能电视等家电产品。附图1示例的基于智能设备的手势控制方法主要包括以下步骤S101至步骤S103，详细说明如下：
S101，多个红外发射器中的一个红外发射器发出红外线，所述红外线被用户的手反射。
在本发明实施例中，红外接收器只有一个，红外发射器有多个，但同一时刻只有一个红外发射器在工作，其他红外发射器都关闭，这可以由单片机来控制。
S102，若红外线被用户的手正常反射，则红外接收器和单片机根据d和s确定用户的手势，其中，d为P点与用户的手之间的距离，P点为红外接收器与发出红外线的红外发射器之间连线的中点，s为红外接收器接收到的红外线的强度。
若用户在做手势时，使用的手掌，则红外发射器发出的红外线一般能被正常反射。被用户的手反射的红外线由红外接收器接收到，则红外接收器和单片机根据d和s可以确定用户的手势，此处，d为P点与用户的手之间的距离，P点为红外接收器与发出红外线的红外发射器之间连线的中点，s为红外接收器接收到的红外线的强度。
具体地，红外接收器和单片机根据d和s输出转换量D确定用户的手势可以是：红外接收器根据d和s输出转换量D，单片机根据转换量D确定用户的手势。如附图2-a所示，当用户的手位于P点正上方，红外发射器发出的红外线被用户的手反射后，进入红外接收器，红外接收器收到的红外线强度和d成对应关系，通过标定，可建立两者对应的特征化数据，例如，当P点和用户的手之间的距离为d时，红外接收器输出的转换量为D，反之，当检测到红外接收器输出的转换量为D时，则可认为P点和用户的手之间的距离为d，因此，红外接收器可以根据d和s输出转换量D。
需要说明的是，当用户的手不在P点正上方时，可以根据系统特性，建立偏移量和d的近似关系；实际应用中，在有效的测量范围内，当用户的手位于与P点距离相等的位置上，如附图2-b所示，用户的手位于位置1(P点的正上方)和位置2(与P点距离相等的位置)，红外接收器收到的红外线强度大致相等，因此，当检测到红外接收器输出的转换量为D时，可近似地认为用户的手位于以P点为圆心、d为半径的圆周上，反之，当检测到用户的手位于以P点为圆心、d为半径的圆周上，则可认为红外接收器输出的转换量为D。
在上述本发明实施例中，转换量D可以是一个模拟量(例如，电压值)或者数字量。
在本发明一个实施例中，单片机根据转换量D确定用户的手势可通过如下步骤S1021至S1023实现：
S1021，根据d1与转换量D1的对应关系以及d2与转换量D2的对应关系，获取d1和d2。
如附图3所示，d1为P1点与用户的手之间的距离，d2为P2点与用户的手之间的距离，P1点为第一红外发射器与红外接收器之间连线的中点，P2点为第二红外发射器与红外接收器之间连线的中点，第一红外发射器位于红外接收器的左边，第二红外发射器位于红外接收器的右边。
S1022，根据d1和d2，计算用户的手的位置Ph。
具体地，可以检测P1点和P2点之间的距离c，然后，按照公式
Figure BDA0001233376650000061
计算P1点与直线l的距离a，此处，直线l是经过Ph且垂直于P1点和P2点之间连线的直线。在本发明实施例中，由于P1点和P2点之间的距离c是可以容易检测到的，因此，根据公式
Figure BDA0001233376650000062
不难计算出P1点与直线l的距离a。一旦P1点与直线l的距离a确定，用户的手的位置Ph就确定下来了。
S1023，根据用户的手的位置Ph的变化，判断用户的手势。
以附图3为例，根据用户的手的位置Ph的变化，判断用户的手势，具体可以是：若在给定时间内，距离a变大，则判断用户的手自左向右运动，例如，向右挥手；若在给定时间内，距离a变小，则判断用户的手自右向左运动，例如，在向左挥手，等等。
上述本发明实施例提供的技术方案除了能判断挥手、悬停等基本手势之外，还可以实现线性比例调节的效果，因为位置信息是持续跟踪的，单片机可以根据当前的相对位置，实现对调节对象的线性比例调节，例如，调节音量时，用户的手移动到中间位置，输出50％音量，用户的手移到最右边，音量就相应变为最大即100％。
S103，若红外线的反射发生紊乱，则红外接收器和单片机根据红外线的相位确定用户的手势。
需要说明的是，红外发射器发出的红外线并非在任何情况下都能被用户的手正常反射，例如，当用户的手的形状从手掌变为握拳时，由于此时手部表面变得不规则，对红外线的反射变得紊乱，检测到的位置不稳定，最终导致手势的错误判断。在这种情况下，红外接收器和单片机可以根据红外线的相位确定用户的手势，具体方法可以是红外接收器向单片机输出两次收到的红外线强度峰值，单片机根据两次红外线强度峰值的来源和时间差，判断用户的手势。如附图4所示，当用户的手(图中用“检测对象”表示)位于P1点正上方时，其反射的第一红外发射器(图中用“红外发射器1”表示)的红外线强度最大，相同地，当用户的手位于P2点正上方时，其反射的第二红外发射器(图中用“红外发射器2”表示)的红外线强度最大，其中，P1点定义为第一红外发射器与红外接收器之间连线的中点，P2点定义为第二红外发射器与红外接收器之间连线的中点。当用户的手从左到右移动时，红外接收器将依次于t1时刻测得用户的手位于位置1时第一红外发射器发出的红外线强度峰值，于t2时刻测得用户的手位于位置2时第二红外发射器发出的红外线强度峰值；单片机根据这些红外线强度峰值出现的先后关系以及出现两个红外线强度峰值之间的时间差(即t2-t1)，可判断用户的手的动作方向以及移动速度等。
从上述附图1示例的基于智能设备的手势控制方法可知，由于不用接触而是通过检测红外线的反射来判断用户的手势，因此，一方面不会磨损家电产品的零部件，从而延长家电产品的寿命；另一方面，家电产品即使发生漏电或功率过大，也不会发生触电行为，从而提高了使用的安全性；第三方面，不会有电磁干扰的情况发生，对家电产品操作的可靠性加强。
请参阅附图5，是本发明实施例六提供的基于智能设备的手势控制系统的结构示意图。为了便于说明，附图5仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图5示例的基于智能设备的手势控制系统主要包括一个红外接收器501、一个单片机502和多个不同时打开的红外发射器503(图中只示意出其中打开的一个红外发射器)，详细说明如下：
打开的一个红外发射器503，用于发出红外线，该红外线被用户的手反射；
红外接收器501和单片机502，用于若红外线被用户的手正常反射，则根据d和s确定用户的手势，其中，d为P点与用户的手之间的距离，P点为红外接收器与发出红外线的红外发射器之间连线的中点，s为红外接收器接收到的红外线的强度；
红外接收器501和单片机502，还用于若红外线的反射发生紊乱，则根据红外线的相位确定用户的手势。
附图5示例的红外接收器501包括第一输出模块601，单片机502包括确定模块602，如附图6所示本发明实施例七提供的基于智能设备的手势控制系统，其中：
第一输出模块601，用于根据d和s输出转换量D；
确定模块602，用于根据转换量D确定用户的手势。
附图6示例的确定模块602包括距离获取单元701、位置计算单元702和手势判断单元703，如附图7所示本发明实施例八提供的基于智能设备的手势控制系统，其中：
距离获取单元701，用于根据d1与转换量D1的对应关系以及d2与转换量D2的对应关系，获取d1和d2，其中，d1为P1点与用户的手之间的距离，d2为P2点与所述用户的手之间的距离，P1点为第一红外发射器与红外接收器之间连线的中点，P2点为第二红外发射器与红外接收器之间连线的中点，第一红外发射器位于红外接收器的左边，第二红外发射器位于红外接收器的右边；
位置计算单元702，用于根据d1和d2，计算用户的手的位置Ph；
手势判断单元703，用于根据用户的手的位置Ph的变化，判断用户的手势。
附图7示例的位置计算单元702包括检测单元801和距离计算单元802，手势判断单元703包括第一判断单元803和第二判断单元804，如附图8所示本发明实施例九提供的基于智能设备的手势控制系统，其中：
检测单元801，用于检测P1点和P2点之间的距离c；
距离计算单元802，用于按照公式
Figure BDA0001233376650000091
计算P1点与直线l的距离a，直线l是经过Ph且垂直于P1点和P2点之间连线的直线；
第一判断单元803，用于若在给定时间内，距离a变大，则判断用户的手自左向右运动；
第二判断单元804，用于若在给定时间内，距离a变小，则判断用户的手自右向左运动。
附图5示例的红外接收器501还包括第二输出模块901，单片机502还包括手势判断模块902，如附图9所示本发明实施例十提供的基于智能设备的手势控制系统，其中：
第二输出模块901，用于向单片机502输出两次收到的红外线强度峰值；
手势判断模块902，用于根据第二输出模块901输出的两次红外线强度峰值的来源和时间差，判断用户的手势。
需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的基于智能设备的手势控制方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于智能设备的手势控制方法，其特征在于，所述方法包括：
多个红外发射器中的一个红外发射器发出红外线，所述红外线被用户的手反射；
若所述红外线被所述用户的手正常反射，则红外接收器和单片机根据d和s确定所述用户的手势，所述d为P点与所述用户的手之间的距离，所述P点为所述红外接收器与所述发出红外线的红外发射器之间连线的中点，所述s为所述红外接收器接收到的红外线的强度；
若所述红外线的反射发生紊乱，则所述红外接收器和单片机根据所述红外线的相位确定所述用户的手势；
所述红外接收器和单片机根据d和s输出转换量D确定所述用户的手势，包括：
所述红外接收器根据所述d和s输出所述转换量D；
所述单片机根据所述转换量D确定所述用户的手势；
根据d1与转换量D1的对应关系以及d2与转换量D2的对应关系，获取所述d1和d2，所述d1为P1点与所述用户的手之间的距离，所述d2为P2点与所述用户的手之间的距离，所述P1点为第一红外发射器与所述红外接收器之间连线的中点，所述P2点为第二红外发射器与所述红外接收器之间连线的中点，所述第一红外发射器位于所述红外接收器的左边，所述第二红外发射器位于所述红外接收器的右边；
根据所述d1和d2，计算所述用户的手的位置Ph；
根据所述用户的手的位置Ph的变化，判断所述用户的手势。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述d1和d2，计算所述用户的手的位置Ph包括：
检测所述P1点和P2点之间的距离c；
按照公式
Figure FDA0002232262220000021
计算所述P1点与直线l的距离a，所述直线l是经过所述Ph且垂直于所述P1点和P2点之间连线的直线；
所述根据所述用户的手的位置Ph的变化，判断所述用户的手势包括：
若在给定时间内，所述距离a变大，则判断所述用户的手自左向右运动；
若在给定时间内，所述距离a变小，则判断所述用户的手自右向左运动。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外接收器和单片机根据所述红外线的相位确定所述用户的手势，包括：
所述红外接收器向所述单片机输出两次收到的红外线强度峰值；
所述单片机根据所述两次红外线强度峰值的来源和时间差，判断所述用户的手势。
4.一种基于智能设备的手势控制系统，其特征在于，所述系统包括一个红外接收器、一个单片机和多个不同时打开的红外发射器；
所述打开的一个红外发射器，用于发出红外线，所述红外线被用户的手反射；
所述红外接收器和单片机，用于若所述红外线被所述用户的手正常反射，则根据d和s确定所述用户的手势，所述d为P点与所述用户的手之间的距离，所述P点为所述红外接收器与所述发出红外线的红外发射器之间连线的中点，所述s为所述红外接收器接收到的红外线的强度；
所述红外接收器和单片机，还用于若所述红外线的反射发生紊乱，则根据所述红外线的相位确定所述用户的手势；
所述红外接收器包括第一输出模块，所述单片机包括确定模块；
所述第一输出模块，用于根据所述d和s输出所述转换量D；
所述确定模块，用于根据所述转换量D确定所述用户的手势；
距离获取单元，用于根据d1与转换量D1的对应关系以及d2与转换量D2的对应关系，获取所述d1和d2，所述d1为P1点与所述用户的手之间的距离，所述d2为P2点与所述用户的手之间的距离，所述P1点为第一红外发射器与所述红外接收器之间连线的中点，所述P2点为第二红外发射器与所述红外接收器之间连线的中点，所述第一红外发射器位于所述红外接收器的左边，所述第二红外发射器位于所述红外接收器的右边；
位置计算单元，用于根据所述d1和d2，计算所述用户的手的位置Ph；
手势判断单元，用于根据所述用户的手的位置Ph的变化，判断所述用户的手势。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述位置计算单元包括：
检测单元，用于检测所述P1点和P2点之间的距离c；
距离计算单元，用于按照公式
Figure FDA0002232262220000031
计算所述P1点与直线l的距离a，所述直线l是经过所述Ph且垂直于所述P1点和P2点之间连线的直线；
所述手势判断单元包括：
第一判断单元，用于若在给定时间内，所述距离a变大，则判断所述用户的手自左向右运动；
第二判断单元，用于若在给定时间内，所述距离a变小，则判断所述用户的手自右向左运动。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述红外接收器包括第二输出模块，所述单片机包括手势判断模块；
所述第二输出模块，用于向所述单片机输出两次收到的红外线强度峰值；所述手势判断模块，用于根据所述两次红外线强度峰值的来源和时间差，判断所述用户的手势。
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