CN107589827A - 一种可识别手势的虚拟现实头盔及其手势识别方法 - Google Patents

Abstract

一种可识别手势的虚拟现实头盔，包括：方便用户佩戴的头盔壳体；感应模块，具有一红外发射器用于发射红外光以形成红外感应区，一红外接收阵列用于接收反射的红外光并生成相应的信号；信号处理单元，分别与所述红外发射器和所述红外信号接收单元电性连接；驱动主板，与所述信号处理单元电连接用于将识别出的操控命令发送到相应执行机构。本发明还公开了可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法，包括：虚拟现实头盔的初始化；红外手势识别模式的开启；以及手势控制辅助功能三大步骤。本发明可让用户在佩戴着头盔情况下，通过对用户手势的识别，准确快捷地调节虚拟现实头盔的参数以达到最佳体验效果，由此改善用户体验。

Description

一种可识别手势的虚拟现实头盔及其手势识别方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实头盔，更具体而言，涉及一种可识别手势的虚拟现实头盔及其手势识别方法。

背景技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。随着虚拟现实技术的进步，现在出现了许多虚拟现实设备，虚拟现实头盔就是其中的一种。

通常，虚拟现实头盔上除了具有用于显示左右眼图像的屏幕与目镜等主要部件外，在壳体上通常还一些具有辅助功能的微小功能按键，例如音量调节按键，屏幕亮度调节按键，甚至是具有更高阶驱动可调整屏幕刷新率功能的虚拟现实头盔切换按键。用户在佩戴虚拟现实头盔时为体验最佳的沉浸感，需要通过上述微小功能按键对相应的参数进行调节，而用户在佩戴着虚拟现实头盔的情况下很难准确快速的找到预期的微小功能按键，因此，用户通常不得不取下虚拟现实头盔，才能找到预期的微小功能按键对相应的参数进行调节，否则，用户可能因误操作而导致进程结束停顿等非预期的后果，从而造成不良的用户体验。

为此，有必要设计一种新的虚拟现实头盔，以克服上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中用户通常不得不取下虚拟现实头盔，才能找到预期的微小功能按键对相应的参数进行调节，否则，用户可能因误操作而导致进程结束停顿等非预期的后果，从而造成不良的用户体验的问题，提供一种可识别手势的虚拟现实头盔，其可让用户在佩戴着所述虚拟现实头盔的情况下准确快捷地调节参数以达到最佳的体验效果，由此，带来更好的用户体验。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种可识别手势的虚拟现实头盔，包括：头盔壳体、感应模块、信号处理单元以及驱动主板；其中，所述感应模块包括用以发射红外光在所述头盔壳体外侧前方形成一红外感应区的红外发射器以及安装于所述头盔壳体用于接收被人体手势动作反射的红外光并生成相应信号的红外接收阵列；所述信号处理单元包括手势信号模板单元、将来自所述红外接收阵列信号与所述手势信号模板单元信号进行比较的匹配单元以及根据匹配单元输出信号产生对应操控信号输送到所述驱动主板的控制单元。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，所述红外接收阵列由不少于三个红外信号接收单元组成，所述红外发射器位于所述红外接收阵列的中间位置。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，所述红外信号接收单元包括红外感应器件。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，所述手势信号模板单元预先存储有多个手势感应信号与虚拟现实头盔操控信号的对应关系。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，所述虚拟现实头盔操控信号包括播放、停止、上一个、下一个、快进、快退、音量增大、音量下降、亮度增大、亮度下降中至少四个。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，还包括与所述信号处理单元电连接用于感测当前是否进入手势操控模式的感测单元，当感测到进入手势操控模式时，所述信号处理单元控制所述红外发射器以及红外接收阵列单元开始工作。

在本发明所述的可识别手势的虚拟现实头盔中，所述感测单元是与所述信号处理单元电连接的触摸按键或其他感应器件。

本发明还提供一种虚拟现实头盔的手势识别方法，包括以下步骤：

S1、启动所述驱动主板，所述红外发射器开始发射红外线以在所述头盔壳体外侧前方形成一红外感应区；

S2、操作者在所述红外感应区内做手势动作；

S3、所述红外接收阵列接收被所述手势动作反射的红外光，并检测反射的红外线的强度和持续时间，当所述红外接收阵列接收到的红外线的强度高于一阈值，且操作者在所述红外感应区内的手势停顿超过一预设时间时，所述红外接收阵列将向所述信号处理单元发送高于阈值的信号；

S4、所述信号处理单元向所述驱动主板发送进入红外控制状态的信号；

S5、所述驱动主板按预置程序进入红外手势识别模式。

在本发明所述的如权利要求1所述虚拟现实头盔的手势识别方法中，在步骤S1之前，有一操作者对所述虚拟现实头盔的功能控制键对应的辅助功能进行手势驱动定义的步骤，具体包括：

SA、操作者按下所述功能控制键触发所述信号处理单元控制所述红外发射器发射红外线以在所述头盔壳体外侧前方形成红外感应区；

SB、操作者在所述红外感应区做手势动作；

SC、所述红外接收阵列接收被所述手势动作反射的红外光并生成相应的手势感应信号；

SD、所述信号处理单元的模板单元接收所述手势感应信号，并将所述手势感应信号收录为有效手势感应信号。

在本发明所述的虚拟现实头盔的手势识别方法中，在步骤S4之后依次包括以下步骤：

S6、操作者在所述红外感应区内做第一识别手势；

S7、所述红外接收阵列接收被所述第识别手势反射的红外线并生成相应的第一手势感应信号；

S8、所述信号处理单元的匹配单元接收所述第一手势感应信号，并将其与所述手势信号模板单元中的有效手势感应信号进行比较，判断所述手势信号模板单元中是否包含与所述第一手势感应信号一致的有效手势感应信号，若是，则所述信号处理单元的控制单元向所述驱动主板发送第一操控信号，若无则不发送；

S9、所述驱动主板接收所述第一操控信号然后执行相应的辅助功能。

实施本发明可识别手势的虚拟现实头盔及其手势识别方法具有以下有益效果：用户在佩戴着虚拟现实头盔且沉浸在所述虚拟现实头盔创造的虚拟世界中时，若该用户想对所述虚拟现实头盔的音量、亮度、进度或者刷屏率等辅助功能进行调节，不需要摘下所述虚拟现实头盔，而直接通过手势快速准确的对所述虚拟现实头盔的辅助功能进行调节，由此，不会打断用户的体验进程，给用户带来更好的体验。

附图说明

图1为本发明提供的第一实施例中可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法的总体步骤流程图；

图2为本发明提供的第一实施例中可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法中虚拟现实头盔的初始化的具体步骤流程图；

图3为本发明提供的第一实施例中可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法中红外手势识别模式的开启的具体步骤流程图；

图4为本发明提供的第一实施例中可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法中手势控制辅助功能的具体步骤流程图；

图5为本发明提供的第一实施例中可识别手势的虚拟现实头盔的内部模块示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提供的可识别手势的虚拟现实头盔的第一实施例包括：一头盔壳体，与眼镜形状大体一致；多个功能控制键(本实施例中具有播放功能控制键、停止功能控制键、上一个功能控制键、下一个功能控制键、快进功能控制键、快退功能控制键、音量增大功能控制键、音量下降功能控制键、亮度增大功能控制键、亮度下降功能控制键以及可调整屏幕刷新率的功能控制键)设于所述头盔壳体外侧；一驱动主板设于所述头盔壳体内，且搭载了一操作系统；一信号处理单元通过所述驱动主板上的接口与所述驱动主板形成接触式连接；一感应模块大致位于所述头盔壳体内部的正前方。

如图5所示，所述感应模块具有红外发射器和红外接收阵列。所述红外发射器用于发射红外光，当所述红外发射器发出红外光时，可在所述头盔壳体的前方外侧形成一个红外感应区。所述红外接收阵列用于接收反射的红外光并生成相应的信号，所述红外接收阵列由16个红外信号接收单元组成(在其他实施例中，所述红外接收阵列可以是由32个或64个甚至更多的红外信号接收单元组成，红外信号接收单元的个数越多，其手势识别的效果越好，当然所占用的空间也随之增大)，16个所述红外信号接收单元规则的排布成一矩形阵列(在其他实施例中，可以是规则的圆形，菱形或是椭圆形)，所述红外发射器位于所述红外接收阵列的几何中心(在其他实施例中，当然也可以偏离所述红外接收阵列的几何中心)。所述红外发射器与所述红外接收阵列的红外信号接收单元分别与所述信号处理单元通过接口连接。

如图5所示，所述信号处理单元具有手势信号模板单元、匹配单元和控制单元。所述信号处理单元控制所述红外发射器发射红外光时，在所述头盔壳体前端外侧会形成一红外感应区供操作者在所述红外感应区内做手势动作，所述红外接收阵列生成的信号由所述信号处理单元进行处理，然后生成相应的操控信号。所述手势信号模板单元预先存储有多个手势感应信号与虚拟现实头盔操控信号的对应关系。所述匹配单元用于将所述信息处理器接收到的手势感应信号与手势信号模板单元中的若干个所述有效手势感应信号作比对，并根据不同的比对结果发出相应的信号。所述控制单元根据匹配单元输出的信号产生相对应的操控信号输送到所述驱动主板。

如图1所示，为本发明提供第一实施例中虚拟现实头盔的手势识别方法，可分为虚拟现实头盔的初始化；红外手势识别模式的开启；以及手势控制辅助功能三大步骤。

一、虚拟现实头盔的初始化：

在使用所述虚拟现实头盔时，首先要对所述虚拟现实头盔初始化，即操作者对所述虚拟现实头盔的功能控制键对应的辅助功能进行初步的手势驱动定义。初步的手势驱动定义是指某一个功能控制键对应的辅助功能的启动是通过操作者在所述红外感应区内做某一手势动作来实现的。如图2所示，具体包括以下步骤：

SA、操作者按下一个功能控制键，所述信号处理单元控制所述红外发射器发射红外线，由此在所述虚拟现实头盔的前方形成一红外感应区。所述功能控制键可以是播放功能控制键、停止功能控制键、上一个功能控制键、下一个功能控制键、快进功能控制键、快退功能控制键、音量增大功能控制键、音量下降功能控制键、亮度增大功能控制键、亮度下降功能控制键以及可调整屏幕刷新率的功能控制键中的任意一个。所述红外感应区的范围有一定的限制，一般都在所述红外发射器前方的三十厘米以内。

SB、操作者在所述红外感应区内做一手势动作。操作者可根据自身的喜好习惯做自己喜欢的手势动作，例如顺时针画圆，逆时针画圆，从左到右划线，从右到左划线，从上到下划线或是从下到上划线等。

SC、所述红外接收阵列接收由所述手势动作产生的反射红外线并生成相应的手势感应信号。操作者在所述红外感应区内做一手势动作时，红外光照射在所述操作者的手上，并形成反射红外光，所述红外接收阵列的红外信号接收单元感知被所述手势动作反射的红外光，然后生成相应的手势感应信号。例如，当操作者在步骤SB中的手势动作为从左到右划线时，位于红外接收阵列左侧的红外接收单元先接收到的反射的红外光，所述信号处理单元接收到电平变化，而后位于所述红外接收阵列右侧的红外接收单元接收到反射的红外光，信号处理单元接收到电平变化，信号处理单元经过分量计算判断手势动作方向为从左向右并生成相应的手势感应信号。

SD、所述信号处理单元的一手势信号模板单元接收所述手势感应信号，并将所述手势感应信号收录为一有效手势感应信号用于后期比对操作者的手势动作对应产生的手势感应信号。操作者重复以上步骤便可以完成对多个功能控制键的初步的手势驱动定义，相应的所述手势信号模板单元中将收录多个有效手势感应信号。由此操作者完成了对功能控制键初步的手势驱动定义，举例而言，操作者按以上步骤可将调节音量的功能控制键对应的音量增大功能定义为由从左到右的手势动作(当然也可以是其它的更复杂的手势动作)来驱动。

二、红外手势识别模式的开启：

操作者完成对所述虚拟现实头盔的初始化后，需要激活所述虚拟现实头盔的红外手势识别模式，如图3所示，具体包括以下步骤：

S1、启动所述驱动主板，所述红外发射器开始发射红外线以在所述头盔壳体外侧前方形成一红外感应区；

S2、操作者在所述红外感应区内做一手势并悬停一段时间；

S3、红外光照射在所述操作者的手上后被反射，所述红外接收阵列接收反射的红外线，并检测反射的红外线的强度和持续时间，当所述红外接收阵列接收到的红外线的强度高于一阈值(所述阈值可以由操作者预先设置)，且操作者在所述红外感应区内的手势停顿超过一预设时间(本实施例中所述预设时间为1s)时，所述红外接收阵列将向所述信号处理单元发送高于阈值的信号。

S4、所述信号处理单元向所述驱动主板发送进入红外控制状态的信号。

S5、所述驱动主板按预置程序进入红外手势识别模式；当所述驱动主板进入红外手势识别模式后，操作者才可以通过手势动作来驱动相应的辅助功能。

三、手势控制辅助功能：

当所述虚拟现实头盔进入了感应模块后，操作者可直接通过手势动作来控制驱动相应的辅助功能，不需要摘下所述虚拟现实头盔而中断沉浸体验，在沉浸状态中直接根据需要，利用预先定义的识别手势驱动相应的辅助功能。如图4所示，具体包括以下步骤：

S5、操作者在所述红外感应区内做第一识别手势。所述第一识别手势可以是操作者根据其在进行初步的手势驱动定义时的手势动作来比划的，例如顺时针画圆，逆时针画圆，从左到右划线，从右到左划线，从上到下划线或是从下到上划线等。

S6、所述红外接收阵列接收由所述第一识别手势产生的反射红外线并生成相应的第一手势感应信号。操作者在所述红外感应区内做第一识别手势时，红外光照射在所述操作者的手上，并形成反射红外光，所述红外接收阵列的红外信号接收单元感知反射的红外光，然后生成相应的第一手势感应信号。例如，当操作者的手势动作为从左到右划线时，位于红外接收阵列左侧的红外接收单元先接收到的反射的红外光，所述信号处理单元接收到电平变化，而后位于所述红外接收阵列右侧的红外接收单元接收到反射的红外光，信号处理单元接收到电平变化，信号处理单元经过分量计算判断手势动作方向为从左向右并生成相应的第一手势感应信号。

S7、所述信号处理单元的匹配单元接收所述第一手势感应信号，并判断所述手势信号模板单元中是否包含与所述第一手势感应信号一致的有效手势感应信号，若是，则所述信号处理单元的控制单元向所述驱动主板发送第一操控信号，若无则不发送；当所述信号处理单元通过输入/输出接口接收到所述第一手势感应信号后，所述匹配单元便提取所述手势信号模板单元内的有效手势感应信号并逐一地与所述第一手势感应信号进行比对，来判定所述第一手势感应信号是否与手势信号模板单元中的某一所述有效手势感应信号符合，也就是判断并判断所述手势信号模板单元中是否包含与所述第一手势感应信号一致的有效手势感应信号。若是，则所述信号处理单元向所述驱动主板发出与和所述第一手势感应信号相符合的有效手势感应信号相对应的第一操控信号；若否，则不发送所述第一操控信号。

S8、所述驱动主板接收所述第一操控信号然后执行相应的辅助功能。

具体地，当操作者在对功能控制键的初步手势驱动定义过程中，定义音量增大功能控制键时，做的手势动作为从左到右划线(当然也可以是顺时针画圆，逆时针画圆，从右到左划线，从上到下划线或是从下到上划线等)时，若操作者在步骤S5中所做的第一识别手势也使从左到右划线，那么步骤S6中所述红外阵列生成的第一手势感应信号就会与所述手势信号模板单元中的对应音量增大功能的有效手势感应信号符合，所述信号处理单元就会发送与音量增大功能对应的第一操控信号到所述驱动主板，所述驱动主板接收到所述第一操控信号则执行音量增大功能。

本发明提供的可识别手势的虚拟现实头盔的第二实施例中，与第一实施例中的虚拟现实头盔的区别在于：所述虚拟现实头盔还设置了一个感测单元与所述信号处理单元电连接，所述感测单元可以是触摸按键或其他感应器件，所述感测单元用于感测所述虚拟现实头盔当前是否进入手势操控模式的感测单元，当感测到进入手势操控模式时，所述信号处理单元控制所述红外发射器以及红外接收阵列单元开始工作。其他相同结构不再赘述。

为本发明提供第二实施例中虚拟现实头盔的手势识别方法与第一实施例中虚拟现实头盔的手势识别方法的区别在于：虚拟现实头盔的初始化时，需要先激活所述感测单元，即使所述感测单元用于感测所述虚拟现实头盔当前进入手势操控模式，所述信号处理单元才会控制所述红外发射器以及红外接收阵列单元开始工作。另外，如果操作者在对所述虚拟现实头盔进行初始化后进行了关机再开机的动作，那么在红外手势识别模式的开启阶段中，操作这需要先激活所述感测单元，所述信号处理单元才会控制所述红外发射器以及红外接收阵列单元开始工作。其他相同步骤不再赘述。

实施本发明的支具设计的方法及系统，具有以下有益效果：用户在佩戴着虚拟现实头盔且沉浸在所述虚拟现实头盔创造的虚拟世界中时，若该用户想对所述虚拟现实头盔的音量、亮度、进度或者刷屏率等辅助功能进行调节，不需要摘下所述虚拟现实头盔，而直接通过手势快速准确的对所述虚拟现实头盔的辅助功能进行调节，由此，不会打断用户的体验进程，给用户带来更好的体验。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，包括：头盔壳体、感应模块、信号处理单元以及驱动主板；其中，所述感应模块包括用以发射红外光在所述头盔壳体外侧前方形成一红外感应区的红外发射器以及安装于所述头盔壳体用于接收被人体手势动作反射的红外光并生成相应信号的红外接收阵列；所述信号处理单元包括手势信号模板单元、将来自所述红外接收阵列信号与所述手势信号模板单元信号进行比较的匹配单元以及根据匹配单元输出信号产生对应操控信号输送到所述驱动主板的控制单元。

2.根据权利要求1所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，所述红外接收阵列由不少于三个红外信号接收单元组成，所述红外发射器位于所述红外接收阵列的中间位置。

3.根据权利要求2所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，所述红外信号接收单元包括红外感应器件。

4.根据权利要求2所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，所述手势信号模板单元预先存储有多个手势感应信号与虚拟现实头盔操控信号的对应关系。

5.根据权利要求4所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，所述虚拟现实头盔操控信号包括播放、停止、上一个、下一个、快进、快退、音量增大、音量下降、亮度增大、亮度下降中至少四个。

6.根据权利要求4所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，还包括与所述信号处理单元电连接用于感测当前是否进入手势操控模式的感测单元，当感测到进入手势操控模式时，所述信号处理单元控制所述红外发射器以及红外接收阵列单元开始工作。

7.根据权利要求6所述可识别手势的虚拟现实头盔，其特征在于，所述感测单元是与所述信号处理单元电连接的触摸按键或其他感应器件。

8.一种如权利要求1所述虚拟现实头盔的手势识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动所述驱动主板，所述红外发射器开始发射红外线以在所述头盔壳体外侧前方形成一红外感应区；

S2、操作者在所述红外感应区内做手势动作；

S3、所述红外接收阵列接收被所述手势动作反射的红外光，并检测反射的红外线的强度和持续时间，当所述红外接收阵列接收到的红外线的强度高于一阈值，且操作者在所述红外感应区内的手势停顿超过一预设时间时，所述红外接收阵列将向所述信号处理单元发送高于阈值的信号；

S4、所述信号处理单元向所述驱动主板发送进入红外控制状态的信号；

S5、所述驱动主板按预置程序进入红外手势识别模式。

9.根据权利要求8所述的可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法，其特征在于，在步骤S1之前，一操作者对所述虚拟现实头盔的功能控制键对应的辅助功能进行手势驱动定义的步骤，具体包括：

SA、操作者按下所述功能控制键触发所述信号处理单元控制所述红外发射器发射红外线以在所述头盔壳体外侧前方形成红外感应区；

SB、操作者在所述红外感应区做手势动作；

SC、所述红外接收阵列接收被所述手势动作反射的红外光并生成相应的手势感应信号；

SD、所述信号处理单元的模板单元接收所述手势感应信号，并将所述手势感应信号收录为有效手势感应信号。

10.根据权利要求9所述的可识别手势的虚拟现实头盔的手势识别方法，其特征在于，在步骤S4之后依次包括以下步骤：

S6、操作者在所述红外感应区内做第一识别手势；

S7、所述红外接收阵列接收被所述第识别手势反射的红外线并生成相应的第一手势感应信号；

S8、所述信号处理单元的匹配单元接收所述第一手势感应信号，并将其与所述手势信号模板单元中的有效手势感应信号进行比较，判断所述手势信号模板单元中是否包含与所述第一手势感应信号一致的有效手势感应信号，若是，则所述信号处理单元的控制单元向所述驱动主板发送第一操控信号，若无则不发送；

S9、所述驱动主板接收所述第一操控信号然后执行相应的辅助功能。