CN108932059A

CN108932059A - 一种红外手势识别装置和方法

Info

Publication number: CN108932059A
Application number: CN201810905513.5A
Authority: CN
Inventors: 杜庆丰
Original assignee: Hangzhou Shang Pu Investment Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Optronics Co., Ltd.
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2018-12-04

Abstract

本发明公开了一种红外手势识别装置和方法。本发明装置包括红外发射光源、驱动电路、接收电路、信号调理电路、信号采集处理电路以及接口电路；红外发射光源与驱动电路相连接，驱动电路驱动多路红外发射光源；接收电路与信号调理电路相连接；信号采集处理电路与驱动电路和信号处理电路相连接；接口电路与信号采集处理电路相连接。本发明基于多红外发射光源、红外发射光源分时轮流工作以及红外接收电路分时复用；多个红外光源分时轮流工作，利用反射的原理，手势动作映射到红外接收电路上是个分解动作，每个分解动作都对应特征信息，提取并识别这些特征信息即识别了该手势动作。本发明能够实现多种手势动作，降低成本，增大发射管的使用寿命。

Description

一种红外手势识别装置和方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种红外手势识别装置和方法。

背景技术

随着人们的生活水平的提升，越来越多的领域都开始智能化，手势这种非接触式操作由于其简单、直观的特点也越来越受到人们的欢迎。

常用的手势传感器成本高、算法复杂，不利于低成本应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种红外手势识别装置和方法。

本发明一种红外手势识别装置包括：红外发射光源及其驱动电路、接收电路及信号调理电路、信号采集处理电路以及接口电路；红外发射光源与驱动电路相连接，驱动电路驱动多路红外发射光源；接收电路与信号调理电路相连接；信号采集处理电路与驱动电路和信号处理电路相连接；接口电路与信号采集处理电路相连接。

所述红外发射光源主要由多个IRED或者VCESEL等红外发射器件组成；

所述驱动电路为专用驱动芯片，用来驱动红外发射光源，发射信号为频率调制信号；

所述接收电路主要由光敏器件组成，比如红外接收头、红外光敏二极管PD等；

所述信号调理电路主要由运放和比较器组成，用来完成对接收信号的放大、整形、滤波；

所述信号采集处理电路主要是由MCU负责驱动电路的控制、输入信号的捕获以及运行手势识别的算法程序并做出判断为何种手势动作。

所述接口电路主要是输出电路，可输出PWM、I2C或者串口信号。

本发明一种红外手势识别方法，包括以下步骤：

步骤一，多个红外发射光源安装于一个对称结构上，接收电路安装于中心处，构成手势检测区；多个红外发射光源在驱动电路驱动下分时轮流工作，并对每个红外发射光源进行编码使每个红外发射光源都携带一个唯一的特征码；

步骤二，当有手势动作经过由红外发射光源及接收电路构成的检测区时，红外光源发射的信号被反射，接收电路接收到来自红外发射光源的特征码，由于红外发射电路由驱动电路驱动分时轮流工作，接收电路是被多个红外发射光源分时复用，因此在接收电路上得到的特征码反映的是分解的手势动作并包含了手势动作的特征信息；

步骤三，接收电路接收到的信号经过信号调理电路的放大、整形、滤波后再送入信号采集处理电路中；

步骤四，信号采集处理电路对上述信号进行解调，解调出所有接收到的特征码，然后运行手势识别的算法程序并提取出手势动作的特征信息；根据提取出的特征信息作出相应的手势动作判断，并经过接口电路输出。

所述手势识别的算法程序为：

a、解调出一个手势动作所有接收到的特征码，并按照时间顺序以每个扫描周期为一帧进行排序，帧内容为是否有接收到相应特征码，收到为1，未收到为0，红外光源的个数对应帧信息的长度。比如，有1号、2号、3号三个红外发射光源分布在等腰直角三角形的三个顶点处，最左边顶点为1号，最右边顶点为2号，最下面顶点为3号，则一个扫描周期为让1号、2号、3号红外发射光源轮流工作一次的时间，若当前扫描周期时间内只接收到了1号的特征码，则该帧内容为(1，0，0)；若当前扫描周期时间内只接受到了3号的特征码，则该帧的内容为(0，0，1)；

b、有了这些按时间顺序排列的帧信息，就能提取出当前手势动作的特征信息，这些特征信息包含了手势动作划过红外发射光源及接收电路构成的检测区时的相位差、相对位置等，利用这些特征信息即能判断当前的手势动作。比如，从左到右的手势动作必须按时间先后包含下面的帧内容：(1，0，0)，(1，0，1)，(0，1，1)，(0，1，0)，(0，0，0)；再比如，从上到下的手势动作必须按时间先后包含下面的帧内容：(1，1，0)，(0，0，1)，(0，0，0)；

c、考虑到人为因素，每个人的手势动作不一定非常标准。比如，从左到右的手势偏斜向上的方向划过，这时可能会出现误报的现象。因此，程序需要加上自适应学习的过程，比如学习从上到下、从左到右、从下到上、从右到左四个手势得到相应的临界线，临界线之外的称为“死区”，万一手势动作发生在“死区”中则应该不做处理，这样至少不会产生误报的现象。

本发明的工作原理是基于多红外发射光源、红外发射光源分时轮流工作以及红外接收电路分时复用；当手势动作被红外发射光源扫描到时，该手势动作会被反射到红外接收电路上；红外发射光源是由多个红外发射器组成且是分时轮流工作的，因此手势动作映射到红外接收电路上是个分解动作，每个分解动作都对应特征信息，提取并识别这些特征信息即识别了该手势动作。

本发明的有益效果是：能够实现多种手势动作，降低成本，增大发射管的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的手势识别装置的结构示意框图；

图2为本发明的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例的红外发射光源的时序图；

图4为本发明的一个实施例的红外接收电路上的特征信息时序图；

图5为本发明的手势识别算法程序的流程示意图。

图中：1-红外发射光源；2-驱动电路；3-接收电路；4-信号调理电路；5-信号采集处理电路；6-接口电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种红外手势识别装置包括：红外发射光源1、驱动电路2、接收电路3及信号调理电路4、信号采集处理电路5以及接口电路6。红外发射光源1与驱动电路2相连接，驱动电路2驱动多路红外发射光源1；接收电路3与信号调理电路4相连接；信号采集处理电路5与驱动电路2和信号处理电路4相连接；接口电路6与信号采集处理电路5相连接。

所述红外发射光源1主要由多个IRED或者VCESEL等红外发射器件组成；

所述驱动电路2为专用驱动芯片，用来驱动红外发射光源1，发射信号为频率调制信号；

所述接收电路3主要由光敏器件组成，比如红外接收头、红外光敏二极管PD等；

所述信号调理电路4主要由运放和比较器组成，用来完成对接收信号的放大、整形、滤波；

所述信号采集处理电路5主要是由MCU负责驱动电路2的控制、输入信号的捕获以及运行手势识别的算法程序并做出判断为何种手势动作。

所述接口电路6主要是输出电路，可输出PWM、I2C或者串口信号。

如图2至图4所示，为本发明的一种红外手势识别方法的一个实施例：

步骤一，IRED1、IRED2、IRED3按照如图2所示安装于等腰直角三角形的三个顶点处，PD安装于IRED1和IRED2的中点处；IRED1、IRED2、IRED3和PD构成手势检测区；驱动电路2对IRED1、IRED2、IRED3进行编码并按照如图3所示的时序分时轮流工作；三个IRED都携带有各自的特征码；

步骤二，当手经过其中一个IRED时，该IRED发射的信号，被手反射后信号送到接收PD上，接收PD输出该IRED的特征码；当手经过整个手势检测区后，将会在PD上呈现关于IRED的所有特征码以及特征码出现的先后顺序；由于IRED1、IRED2和IRED3是分时轮流工作，PD是被多个红外发射光源1分时复用，因此在PD上得到的特征码反映的是分解的手势动作并包含了手势动作的特征信息；如图4所示，为PD上得到从左到右的手势特征信息，按时间顺序分别得到：只接收到IRED1的特征码，再接收到IRED1和IRED2的特征码，再接收到IRED2和IRED3的特征码，再接收到IRED3的特征码；

步骤三，PD上得到的信号经过信号调理电路4的放大、整形、滤波后送入信号采集处理电路5；

步骤四，信号采集处理电路5对上述信号进行解调，解调出所有接收到的特征码，然后运行手势识别的算法程序并提取出手势动作的特征信息；根据提取出的特征信息作出相应的手势动作判断，并经过接口电路6输出。

所述的手势识别算法程序，如图5所示：

a、解调出一个手势动作所有接收到的特征码，并按照时间顺序以每个扫描周期为一帧进行排序，帧内容为是否有接收到相应特征码，收到为1，未收到为0，帧信息的长度为3。一个扫描周期为让IRED1、IRED2、IRED3轮流工作一次的时间，若当前扫描周期时间内只接收到了IRED1的特征码，则该帧内容为(1，0，0)；若当前扫描周期时间内只接受到了IRED3的特征码，则该帧的内容为(0，0，1)；

b、有了这些按时间顺序排列的帧信息，就能提取出当前手势动作的特征信息，这些特征信息包含了手势动作划过红外发射光源1及接收电路3构成的检测区时的相位差、相对位置等，利用这些特征信息即能判断当前的手势动作。比如，从左到右的手势动作必须按时间先后包含下面的帧内容：(1，0，0)，(1，0，1)，(0，1，1)，(0，1，0)，(0，0，0)；再比如，从上到下的手势动作必须按时间先后包含下面的帧内容：(1，1，0)，(0，0，1)，(0，0，0)；

c、考虑到人为因素，每个人的手势动作不一定非常标准。比如，从左到右的手势偏斜向上的方向划过，这时可能会出现误报的现象。因此，程序可以加上自适应学习的过程，比如学习从上到下、从左到右、从下到上、从右到左四个手势得到相应的临界线，临界线之外的称为“死区”，万一手势动作发生在“死区”中则应该不做处理，这样至少不会产生误报的现象。

上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种红外手势识别装置，其特征在于：它包括红外发射光源、驱动电路、接收电路及信号调理电路、信号采集处理电路以及接口电路；红外发射光源与驱动电路相连接，驱动电路驱动多路红外发射光源；接收电路与信号调理电路相连接；信号采集处理电路与驱动电路和信号处理电路相连接；接口电路与信号采集处理电路相连接。

2.根据权利要求1所述的红外手势识别装置，其特征在于：所述红外发射光源主要由多个红外发射器件组成；所述驱动电路为专用驱动芯片，用来驱动红外发射光源，发射信号为频率调制信号；所述接收电路主要由光敏器件组成；所述信号调理电路主要由运放和比较器组成，用来完成对接收信号的放大、整形、滤波；所述信号采集处理电路主要是由MCU负责驱动电路的控制、输入信号的捕获以及运行手势识别的算法程序并做出判断为何种手势动作；所述接口电路主要是输出电路，输出PWM、I2C或者串口信号。

3.根据权利要求2所述的红外手势识别装置，其特征在于：所述红外发射器件为多个IRED或者VCESEL；所述光敏器件为红外接收头、红外光敏二极管PD。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的红外手势识别装置的识别方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：所述多个红外发射光源安装于一个对称结构上，接收电路安装于中心处，构成手势检测区；多个红外发射光源在驱动电路驱动下分时轮流工作，并对每个红外发射光源进行编码使每个红外发射光源都携带一个唯一的特征码；

步骤2：当有手势动作经过由所述红外发射光源构成的检测区时，红外光源发射的信号被反射，所述接收电路接收到来自红外发射光源的特征码，所述红外发射电路由驱动电路驱动分时轮流工作，接收电路被多个红外发射光源分时复用，接收电路上得到的特征码反映的是分解的手势动作并包含了手势动作的特征信息；

步骤3：所述接收电路接收到的信号经过信号调理电路的放大、整形、滤波后再送入所述信号采集处理电路中；

步骤4：所述信号采集处理电路对上述信号进行解调，解调出所有接收到的特征码，然后运行手势识别的算法程序并提取出手势动作的特征信息；根据提取出的特征信息作出相应的手势动作判断，并经过接口电路输出。

5.根据权利要求4所述的红外手势识别方法，其特征在于：步骤4所述手势识别的算法程序为：

a、解调出一个手势动作所有接收到的特征码，并按照时间顺序以每个扫描周期为一帧进行排序，帧内容为是否有接收到相应特征码，收到为1，未收到为0；红外光源的个数对应帧信息的长度；

b、利用这些按时间顺序排列的帧信息，提取出当前手势动作的特征信息，这些特征信息包含了手势动作划过红外发射光源及接收电路构成的检测区时的相位差、相对位置，利用这些特征信息即能判断当前的手势动作；

c、考虑到人为因素，每个人的手势动作不一定非常标准，程序需要加上自适应学习的过程，学习从上到下、从左到右、从下到上、从右到左四个手势，得到相应的临界线，临界线之外的称为“死区”，若手势动作发生在“死区”中则不做处理，因此不会产生误报的现象。