CN109144276A - 一种手势识别设备、方法及系统 - Google Patents

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CN109144276A
CN109144276A CN201811143279.3A CN201811143279A CN109144276A CN 109144276 A CN109144276 A CN 109144276A CN 201811143279 A CN201811143279 A CN 201811143279A CN 109144276 A CN109144276 A CN 109144276A
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赵飞
陆小松
张涛
蒲天发
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    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
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    • G—PHYSICS
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本申请实施例提供一种手势识别设备、方法及系统，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元、中频放大单元和数据处理单元；所述数据处理单元产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送；所述无线信号接收单元接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；所述中频放大单元对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理；所述数据处理单元根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。采用本申请所述的方法进行手势识别，可以不受环境光和遮挡物的干扰，并且可以以很低的计算量获取手势信息，功耗很低。

Description

一种手势识别设备、方法及系统
技术领域
本申请涉及手势识别领域，具体而言，涉及一种手势识别设备、方法及系统。
背景技术
现目前，对于智能设备的隔空控制的需求日益增加，而人们通常采用深度感应技术、红外投影与成像和光学立体成像等手段进行控制手势的识别。
而上述的手势识别方法存在以下问题：依赖红外线的深度感应和投影技术在室外红外光纤干扰多的环境可靠性很差；基于光学立体成像的技术需要大量的就算获取深度数据，功耗很高，并且在低光环境中无法使用。
有鉴于此，如何实现在室外和低光环境中，使用较低功耗就能对待识别手势进行识别，是目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种手势识别设备、方法及系统。
第一方面，本申请实施例提供一种手势识别设备，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元、中频放大单元和数据处理单元；
所述数据处理单元通过所述中频放大单元与所述无线信号接收单元连接；
所述数据处理单元与所述无线信号发送单元连接；
所述数据处理单元产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送；
所述无线信号接收单元接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；
所述中频放大单元对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理；
所述数据处理单元根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。
可选地，所述无线信号发送单元包括压控振荡器、功率放大器和发射天线；
所述压控振荡器的一端与所述数据处理单元连接；
所述压控振荡器的另一端通过所述功率放大器与所述发射天线的输入端连接；
所述数据处理单元将产生的无线调制信号通过所述压控振荡器输出到所述功率放大器；
所述功率放大器对所述无线调制信号进行放大处理后，得到对应的无线信号；
所述发射天线将所述无线信号发送出去。
可选地，所述无线信号接收单元包括至少三个信号接收电路；
所述信号接收电路包括混频器，低噪声放大器和接收天线；
所述混频器的一端通过所述低噪声放大器与所述接收天线连接；
所述混频器的另一端端与所述中频放大单元连接；
所述低噪声放大器接收待识别手势反射的无线信号对所述无线信号进行除噪处理后输入到所述混频器；
所述混频器根据所述无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；
所述混频器将所述中频信号输入到所述中频放大单元。
可选地，所述中频放大单元包括高通滤波器、中频放大器和低通滤波器；
所述高通滤波器的输入端与所述混频器连接；
所述高通滤波器的输出端通过所述中频放大器与所述低通滤波器的输入端连接；
所述低通滤波器的输出端与所述数据处理单元连接；
所述高通滤波器接收所述混频器发送的所述中频信号及将所述中频信号进行高频滤波；
所述中频放大器对所述高频滤波后的中频信号进行信号放大和选频；
所述低通滤波器对所述中频信号进行低频滤波；
所述低通滤波器把经过所述低频滤波处理后的中频信号发送到所述数据处理单元。
可选地，所述数据处理单元包括DSP芯片、数模转换器和模数转换器；
所述模数转换器的输入端与所述低通滤波器连接；
所述DSP芯片的输出端与所述数模转换器的输入端连接；
所述数模转换器的输出端与所述压控振荡器连接；
所述模数转换器的输出端与所述DSP芯片的输入端连接，用于将所述中频信号转化为数字信号后进行处理，得到所述待识别手势的识别结果；
所述DSP芯片通过所述数模转换器将所述无线调制信号发送到所述压控振荡器。
可选地，所述中频信号为所述无线调制信号与所述反射的无线信号的差频信号。
第二方面，本申请实施例提供一种手势识别方法，应用于前述的设备，所述方法包括：
所述DSP芯片通过数模转换器输出无线调制信号到所述压控振荡器；
所述无线调制信号经过所述压控振荡器与所述功率放大器处理后，由所述发射天线发出对应无线信号到待识别手势所处空间；
所述接收天线通过所述低噪声放大器将所述接收天线接收到的无线信号的反射信号输入到混频器中；
所述混频器根据所述无线调制信号与所述无线信号的反射信号计算得出中频信号；
所述高通滤波器、中频放大器和低通滤波器对所述中频信号进行分频、滤波和放大处理；
所述处理后的中频信号通过所述模数转换器输入到所述DSP芯片中；
所述DSP芯片根据处理后的中频信号计算得出待识别手势的识别结果。
可选地，所述DSP芯片根据处理后的中频信号计算得出待识别手势的识别结果，包括：
根据傅氏变换处理所述中频信号，得到所述无线信号的反射信号的多普勒频移；
根据所述多普勒频移计算得出待识别手势的识别结果。
第三方面，本申请实施例还提供一种手势识别系统，所述系统包括第一方面中所述的手势识别设备及显示屏；
所述显示屏与所述手势识别设备连接，用于显示所述待识别手势的识别结果。
可选地，所述无线调制信号为有规律的信号波。
相比现有技术，本申请提供的有益效果包括：本申请实施例提供一种手势识别设备、方法及系统，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元、中频放大单元和数据处理单元；所述数据处理单元通过所述中频放大单元与所述无线信号接收单元连接；所述数据处理单元与所述无线信号发送单元连接；所述数据处理单元产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送；所述无线信号接收单元接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；所述中频放大单元对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理；所述数据处理单元根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。采用本申请所述的方法进行手势识别，可以不受环境光和遮挡物的干扰，并且可以以很低的计算量获取手势信息，功耗很低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的手势识别设备的结构示意框图；
图2为本申请实施例提供的无线信号发送单元及无线信号接收单元的结构示意框图；
图3为本申请实施例提供的中频放大单元的结构示意框图；
图4为本申请实施例提供的数据处理单元的结构示意框图；
图5为本申请实施例提供的手势识别方法的步骤流程框图；
图6为图5中步骤S270的子步骤流程框图。
图标：10-无线信号发送单元；11-无线信号接收单元；12-中频放大单元；13-数据处理单元；101-压控振荡器；102-功率放大器；103-发射天线；111-混频器；112-低噪声放大器；113-接收天线；121-高通滤波器；122-中频放大器；123-低通滤波器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的具体实施方式进行详细说明。
请参照图1，图1为本申请实施例提供的手势识别设备的结构示意框图，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元11、中频放大单元12和数据处理单元13。
所述数据处理单元13通过所述中频放大单元12与所述无线信号接收单元11连接。
所述数据处理单元13与所述无线信号发送单元10连接。
所述数据处理单元13产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元10将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送。
所述无线信号接收单元11接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号。
所述中频放大单元12对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理。
所述数据处理单元13根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的无线信号发送单元10及无线信号接收单元11的结构示意框图，所述无线信号发送单元10包括压控振荡器101、功率放大器102和发射天线103。
所述压控振荡器101的一端与所述数据处理单元13连接。
所述压控振荡器101的另一端通过所述功率放大器102与所述发射天线103的输入端连接。
所述数据处理单元13将产生的无线调制信号通过所述压控振荡器101输出到所述功率放大器102。
所述功率放大器102对所述无线调制信号进行放大处理后，得到对应的无线信号。
所述发射天线103将所述无线信号发送出去。
在本实施例中，所述压控振荡器101可以是LC(电感-电容)压控振荡器，为了传输无线调制信号，可以用LC压控振荡器对无线调制信号进行调频。而在LC压控振荡器中，可以是由变容二极管与电感接成的LC谐振电路来实现对调制信号的调频。具体可以通过提高变容二极管的逆向偏压，使二极管内的空泛区加大，两导体面之间的距离变长，电容降低，LC谐振电路的谐振频率提高。反之，当降低变容二极管的逆向偏压时，二极管内电容变大，LC谐振电路的谐振频率降低。
在其他实施例中，压控振荡器101还可以是RC(电阻-电容)压控振荡器或者晶体压控振荡器。
请再次参照图2，所述无线信号接收单元11包括至少三个信号接收电路；
所述信号接收电路包括混频器111，低噪声放大器112和接收天线113；
所述混频器111的一端通过所述低噪声放大器112与所述接收天线113连接；
所述混频器111的另一端端与所述中频放大单元12连接；
所述低噪声放大器112接收待识别手势反射的无线信号对所述无线信号进行除噪处理后输入到所述混频器111；
所述混频器111根据所述无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；
所述混频器111将所述中频信号输入到所述中频放大单元12。
在本实施例中，所述的发射天线103和接收天线113可以包括PCB天线，PCB天线可以是PCB板(Printed Circuit Board，印刷电路板)上用于无线接收和发射的部分。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的中频放大单元12的结构示意框图，所述中频放大单元12包括高通滤波器121、中频放大器122和低通滤波器123。
所述高通滤波器121的输入端与所述混频器111连接。
所述高通滤波器121的输出端通过所述中频放大器122与所述低通滤波器123的输入端连接。
所述低通滤波器123的输出端与所述数据处理单元13连接。
所述高通滤波器121接收所述混频器111发送的所述中频信号及将所述中频信号进行高频滤波。
所述中频放大器122对所述高频滤波后的中频信号进行信号放大和选频。
所述低通滤波器123对所述中频信号进行低频滤波。
所述低通滤波器123把经过所述低频滤波处理后的中频信号发送到所述数据处理单元13。
在本实施例中，可以将高通滤波器121作为中频放大单元12的输入端，低通滤波器123作为中频放大单元12的输出端。在其他实施例中，高通滤波器121、中频放大器122和低通滤波器123在中频放大单元12中的连接顺序可以改变。比如，可以将中频放大器122作为中频放大单元12的输入端，高通滤波器121作为中频放大单元12的输出端，二者之间由低通滤波器123连接。
在本实施例中，高通滤波器121、中频放大器122和低通滤波器123可以都是为了将需要的中频信号进行放大、保留和除噪，将其他干扰的信号过滤及阻隔。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的数据处理单元13的结构示意框图，所述数据处理单元13包括DSP芯片、数模转换器和模数转换器；
所述模数转换器的输入端与所述低通滤波器123连接；
所述DSP芯片的输出端与所述数模转换器的输入端连接；
所述数模转换器的输出端与所述压控振荡器101连接；
所述模数转换器的输出端与所述DSP芯片的输入端连接，用于将所述中频信号转化为数字信号后进行处理，得到所述待识别手势的识别结果；
所述DSP芯片通过所述数模转换器将所述无线调制信号发送到所述压控振荡器101。
进一步地，所述中频信号为所述无线调制信号与所述反射的无线信号的差频信号。
请参照图图5，图5为本申请实施例提供的手势识别方法的步骤流程框图，所述方法包括：
步骤S210，所述DSP芯片通过数模转换器输出无线调制信号到所述压控振荡器101。
在本实施例中，DSP芯片可以通过控制数模转换器DAC控制调制信号的输出。
步骤S220，所述无线调制信号经过所述压控振荡器101与所述功率放大器102处理后，由所述发射天线103发出对应无线信号到待识别手势所处空间。
步骤S230，所述接收天线113通过所述低噪声放大器112将所述接收天线113接收到的无线信号的反射信号输入到混频器111中。
步骤S240，所述混频器111根据所述无线调制信号与所述无线信号的反射信号计算得出中频信号。
步骤S250，所述高通滤波器121、中频放大器122和低通滤波器123对所述中频信号进行分频、滤波和放大处理。
步骤S260，所述处理后的中频信号通过所述模数转换器输入到所述DSP芯片中。
在本实施例中，DSP芯片可以通过四路模数转换器ADC同步采集处理后的中频信号。
步骤S270，所述DSP芯片根据处理后的中频信号计算得出待识别手势的识别结果。
在本申请实施例中，步骤S270还包括子步骤S271和子步骤S272，请参照图6：
子步骤S271，根据傅氏变换处理所述中频信号，得到所述无线信号的反射信号的多普勒频移；
子步骤S272根据所述多普勒频移计算得出待识别手势的识别结果。
在本实施例中，可以根据无线调制信号和反射的无线信号的相位差计算得出接收天线113与待识别手势之间的距离。然后可以对DSP芯片接收到的中频信号进行FFT(傅氏变换)处理，根据处理结果与接收天线113与待识别手势之间的距离可以得出反射的无线信号的多普勒频移。然后可以根据距离－多普勒映射(Range-Dopler Map，简称RDM)获取待识别手势的信息，再根据图像算法识别相应的手势信息。最后可以通过多个接收天线113接收的到的多个反射的无线信号与调制信号的相位差，计算出待识别手势的空间坐标，以使之可以显示到手势识别设备的屏幕中。
本申请实施例还提供一种手势识别系统，所述系统包括前述的手势识别设备及显示屏；
所述显示屏与所述手势识别设备连接，用于显示所述待识别手势的识别结果。
进一步地，所述无线调制信号为有规律的信号波。
综上所述，本申请实施例提供一种手势识别设备、方法及系统，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元、中频放大单元和数据处理单元；所述数据处理单元通过所述中频放大单元与所述无线信号接收单元连接；所述数据处理单元与所述无线信号发送单元连接；所述数据处理单元产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送；所述无线信号接收单元接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；所述中频放大单元对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理；所述数据处理单元根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。采用本申请所述的方法进行手势识别，可以不受环境光和遮挡物的干扰，并且可以以很低的计算量获取手势信息，功耗很低。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手势识别设备，其特征在于，所述设备包括无线信号发射单元、无线信号接收单元、中频放大单元和数据处理单元；
所述数据处理单元通过所述中频放大单元与所述无线信号接收单元连接；
所述数据处理单元与所述无线信号发送单元连接；
所述数据处理单元产生无线调制信号，并通过所述无线信号发送单元将所述无线调制信号对应的无线信号进行发送；
所述无线信号接收单元接收待识别手势反射的无线信号，并对无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；
所述中频放大单元对所述中频信号进行选频、滤波及放大处理；
所述数据处理单元根据所述处理后的中频信号对待识别手势进行识别，得到手势识别结果。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无线信号发送单元包括压控振荡器、功率放大器和发射天线；
所述压控振荡器的一端与所述数据处理单元连接；
所述压控振荡器的另一端通过所述功率放大器与所述发射天线的输入端连接；
所述数据处理单元将产生的无线调制信号通过所述压控振荡器输出到所述功率放大器；
所述功率放大器对所述无线调制信号进行放大处理后，得到对应的无线信号；
所述发射天线将所述无线信号发送出去。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述无线信号接收单元包括至少三个信号接收电路；
所述信号接收电路包括混频器，低噪声放大器和接收天线；
所述混频器的一端通过所述低噪声放大器与所述接收天线连接；
所述混频器的另一端端与所述中频放大单元连接；
所述低噪声放大器接收待识别手势反射的无线信号对所述无线信号进行除噪处理后输入到所述混频器；
所述混频器根据所述无线调制信号及反射的无线信号进行处理得到中频信号；
所述混频器将所述中频信号输入到所述中频放大单元。
4.根据权利要求3中所述的设备，其特征在于，所述中频放大单元包括高通滤波器、中频放大器和低通滤波器；
所述高通滤波器的输入端与所述混频器连接；
所述高通滤波器的输出端通过所述中频放大器与所述低通滤波器的输入端连接；
所述低通滤波器的输出端与所述数据处理单元连接；
所述高通滤波器接收所述混频器发送的所述中频信号及将所述中频信号进行高频滤波；
所述中频放大器对所述高频滤波后的中频信号进行信号放大和选频；
所述低通滤波器对所述中频信号进行低频滤波；
所述低通滤波器把经过所述低频滤波处理后的中频信号发送到所述数据处理单元。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述数据处理单元包括DSP芯片、数模转换器和模数转换器；
所述模数转换器的输入端与所述低通滤波器连接；
所述DSP芯片的输出端与所述数模转换器的输入端连接；
所述数模转换器的输出端与所述压控振荡器连接；
所述模数转换器的输出端与所述DSP芯片的输入端连接，用于将所述中频信号转化为数字信号后进行处理，得到所述待识别手势的识别结果；
所述DSP芯片通过所述数模转换器将所述无线调制信号发送到所述压控振荡器。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述中频信号为所述无线调制信号与所述反射的无线信号的差频信号。
7.一种手势识别方法，其特征在于，应用于权利要求5中所述的设备，所述方法包括：
所述DSP芯片通过数模转换器输出无线调制信号到所述压控振荡器；
所述无线调制信号经过所述压控振荡器与所述功率放大器处理后，由所述发射天线发出对应无线信号到待识别手势所处空间；
所述接收天线通过所述低噪声放大器将所述接收天线接收到的无线信号的反射信号输入到混频器中；
所述混频器根据所述无线调制信号与所述无线信号的反射信号计算得出中频信号；
所述高通滤波器、中频放大器和低通滤波器对所述中频信号进行分频、滤波和放大处理；
所述处理后的中频信号通过所述模数转换器输入到所述DSP芯片中；
所述DSP芯片根据处理后的中频信号计算得出待识别手势的识别结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述DSP芯片根据处理后的中频信号计算得出待识别手势的识别结果，包括：
根据傅氏变换处理所述中频信号，得到所述无线信号的反射信号的多普勒频移；
根据所述多普勒频移计算得出待识别手势的识别结果。
9.一种手势识别系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-6中任一项所述的手势识别设备及显示屏；
所述显示屏与所述手势识别设备连接，用于显示所述待识别手势的识别结果。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述无线调制信号为有规律的信号波。
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