CN109992093A - 一种手势比较方法以及手势比较系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手势比较方法以及手势比较系统。该方法包括：传感器设置步骤，在可穿戴手套上设置MEMS传感器；数据采集步骤，利用所述MEMS传感器将各个手势转换成关节角度和方向值；以及数据比较步骤，通过比较所述关节角度和方向值确定所述各个手势是否相同。根据本发明的手势比较方法以及手势比较系统，不需要人工选择就能够判断手势是否唯一，能够节省人力劳动，并且能够进行准确地判定。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术，特别涉及采集手势数据并进行比较的手势比较方法以及手势比较系统。
背景技术
智能手套是一种在手套上面布置有传感器的穿戴设备。由计算机接收传感器的输出来处理传感器数据，通过运算得到还原手型姿势及手掌朝向的信息，利用这些处理完成的信息，可以达到手势识别的目的。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种手势比较方法以及手势比较系统
本发明的一方面的手势比较方法，其特征在于，包括下述步骤：
传感器设置步骤，在可穿戴手套上设置MEMS传感器；
数据采集步骤，利用所述MEMS传感器将各个手势转换成关节角度和方向值；以及
操作周期开始手势选取步骤，操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点。
优选地，在所述操作周期开始手势选取步骤，通过比较所述关节角度和方向值来确定该手势是否在该一系列动作中唯一。
优选地，在所述传感器设置步骤中，在可穿戴手套的手指和手背分别设置多个MEMS传感器。
优选地，在所述传感器设置步骤中，在可穿戴手套的手指的骨头位置分别设置11个MEMS传感器并且在手背的位置设置1个MEMS传感器。
优选地，设置在手背位置的MEMS传感器包括：用于测量xyz三轴上的加速度分量值的加速度传感器、用于测量xyz三轴上的转动速率分量值的陀螺传感器以及用于测量xyz三轴上的磁场分量值的地磁传感器，设置在手指骨头位置的MEMS传感器包括：用于测量xyz三轴上的加速度分量值的加速度传感器以及用于测量xyz三轴上的转动速率分量值的陀螺传感器。
优选地，在所述数据采集步骤中，所述关节角度为相邻的手指骨的欧拉角之差，所述方向值为手指骨的欧拉角。
优选地，所述数据采集步骤包括下述子步骤：
收集规定周期的整个周期的所述关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值，
所述操作周期开始手势选取步骤包括下述子步骤：
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
本发明的一方面的手势比较系统，其特征在于，具备：
多个MEMS传感器，分别设置在可穿戴手套上；
数据采集装置，用于采集所述MEMS传感器的输出并将各个手势转换成关节角度和方向值；以及
数据比较装置，操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点。
优选地，所述数据比较装置用于比较所述关节角度和方向值来比较所述各个手势是否相同。
优选地，所述多个MEMS传感器包括：设置在可穿戴手套的手指骨头的位置的11个MEMS传感器以及设置在手背位置的1个MEMS传感器。
优选地，设置在手背位置的MEMS传感器包括：用于测量xyz三轴上的加速度分量值的加速度传感器、用于测量xyz三轴上的转动速率分量值的陀螺传感器以及用于测量xyz三轴上的磁场分量值的地磁传感器，设置在手指骨头位置的MEMS传感器包括：用于测量xyz三轴上的加速度分量值的加速度传感器以及用于测量xyz三轴上的转动速率分量值的陀螺传感器。
优选地，所述数据采集装置设置为用于采集规定周期的整个周期的所述关节角度和方向值并且计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值，所述数据比较设置为将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果，对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果，根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若唯一则认为该手势是唯一。
本发明的一方面的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
本发明的一方面的计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
根据本发明的手势比较方法以及手势比较系统不需要人工选择就能够通过对传感器的输出进行上述处理而判断手势是否唯一，能够节省人力劳动，并且能够进行准确地判定。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是表示本发明的手势比较方法的流程图。
图2是表示可穿戴手套的上的传感器设置位置的示意图。
图3是表示数据采集步骤S20和数据比较步骤S30的一个具体实施方式的流程图。
图4是表示本发明的手势比较系统的示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
在某些具体项目中，工程师需要选择唯一的手势作为一个周期操作的开始。具体地例如，在某些应用场景下，操作员工佩戴手套在生产线上反复执行某一系列动作（工位的规定动作）时，从识别算法的角度上来说，同样地也需要首先判断出一个周期 ，当然这个周期的起始点并不一定和员工实际操作的一系列的工作的起点是一致的。实际上，只需要在员工执行的一系列动作当中找出一个“只在这个一系列动作当中唯一存在的手势”，那么就以这个手势作为一个周期的起点。具体找出的方式：预先定义出这个“唯一的手势”，然后在手套开始识别手势后，系统把识别出来的每一个手势跟这个“唯一的手势”进行比较，当两者匹配的时候，则认定该手势为整个周期的起始点。
在现有技术中工程师一般通过手动人工选择唯一的手势。通过手动来选择一个唯一的手势是困难和费时的，更重要的是，他们选择的手势可能不是唯一的。基于该出发点，发明人提出了本发明的手势比较方法。
首先对于本发明一方面的手势比较方法进行说明。
图1是表示本发明的手势比较方法的流程图。
如图1所示，本发明的手势比较方法包括下述步骤：
传感器设置步骤S10：在可穿戴手套上设置MEMS传感器；
数据采集步骤S20：利用所述MEMS传感器将手势转换成关节角度和方向值；以及
操作周期开始手势选取步骤S30：操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点，例如，具体地可以通过比较所述关节角度和方向值判断所述手势是否是唯一。
在传感器设置步骤S10中，在可穿戴手套的手指和手背分别设置多个MEMS传感器。在图2中表示了多个MEMS传感器设置位置的一个示例。如图2所示，在可穿戴手套的手指的骨头位置分别设置11个MEMS传感器，如图中的标号1~11所示，同时在手背的位置设置1个MEMS传感器，如图中的标号12所示。其中，设置在手背位置的MEMS传感器是一个集成的9轴传感器，它包括一个加速度传感器、一个三轴角速率传感器和一个三轴地磁传感器。其余11个设置在手指的骨头位置的MEMS传感器是6轴传感器，它包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器。图2中MEMS传感器设置的个数和位置仅仅是一个示例，它不用于限定本发明，还可以对MEMS传感器的设置方式进行种种变换，只要能够获取手势的关节角度和方向值即可。
三维空间是由x,y,z轴组成，因此，加速度传感器用于测量xyz三轴上的加速度分量值，陀螺传感器用于测量xyz三轴上的转动速率分量值，地磁传感器用于测量xyz三轴上的磁场分量值。
在数据采集步骤S20中利用MEMS传感器将手势转换成关节角度和方向值，其中，关节角度为相邻的手指骨的欧拉角之差，所述方向值为手指骨的欧拉角或四元数表示。在本发明中我们选择四元数。通过加速度传感器数据和地磁传感器数据，可以得到一套欧拉角，这套欧拉角在传感器处于静止时很准确。通过陀螺仪传感器数据也能得到一套欧拉角，这套欧拉角在传感器运动时很准确。将这两套欧拉角结合起来使用，能够获得的每个传感器位置的欧拉角是指手指骨的欧拉角。通过比较手势的关节角度和方向值，能够判断这两种姿势是否相似或不同。
其中，欧拉角是用来唯一地确定定点转动明体位置的三个一组独立角参量，由章动角θ、进动角ψ和自转角φ组成。对于在三维空间里的一个参考系，任何坐标系的取向，都可以用三个欧拉角来表现。另外，四元数是简单的超复数，由于复数是由实数加上虚数单位i 组成，其中i^2 = -1， 相似地，四元数都是由实数加上三个虚数单位 i、j、k 组成，而且它们有如下的关系： i^2 = j^2 = k^2 = -1， i^0 = j^0 = k^0 = 1 , 每个四元数都是1、i、j 和 k 的线性组合，即是四元数一般可表示为a + bk+ cj + di，其中a、b、c 、d是实数。欧拉角和四元数也可以看做是等价的。
在步骤S20中，通过多个MEMS传感器收集规定周期的整个周期的关节角度和方向值，计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值。
接着，对于操作周期开始手势选取步骤S30进行具体说明。在步骤S30中对于步骤S20获取的关节角度和方向值进行比较，通过比较来判断这个手势是否是唯一。操作周期开始手势选取步骤S30具体包括下述子步骤：
将每一帧的关节角度和方向值与规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；
根据第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
在这里我们列举一个实施方式来说明上述步骤的步骤S20和步骤S30。
图3是表示数据采集步骤S20和操作周期开始手势选取步骤S30的一个具体实施方式的流程图。
如图3所示，在步骤S1中，采集规定周期的整个周期的数据。
在步骤S2中，计算每一帧的关节角度和方向值。在步骤S3中，将每个帧的关节角度和方向与整个帧的关节角度和方向进行比较，如相类似，则记作是1，否则记作0。
整个周期的数据是指整段数据。将每个帧的关节角度和方向与整个帧的关节角度和方向进行比较的意思是，例如，假设整个周期有200帧，那么采集200帧数据，会从第一帧开始和所有200帧的每个帧关节角度和方向对比，得出比较结果，然后从第二帧开始，和所有200帧的每个帧关节角度和方向对比，如此进行比较直到第200帧，和所有的200帧的每帧关节角度和方向对比。
在步骤S4中缓冲将每一帧的关节角度和方向与整个帧的关节角度和方向的比较结果。
在步骤S5中，过滤比较的结果，序列相似结果只保留最后一个类似的结果。例如，如果比较结果是0、0、0、1、1、1、1、0、0，则通过过滤处理得到的过滤结果是：0 0 0 0 0 0 10 0。
在步骤S6中，缓冲过滤结果。
在步骤S7中，计算每个帧的比较结果中出现的“1”的频率。例如：
帧[ 0 ]的比较结果是：000000010，计算1的次数为1；
帧[ 1 ]的比较结果是：000100100，计算1的次数为2。
在步骤8，由于计数值等于这个手势的频率，如果计数为1，意味着这帧是唯一的，因此在步骤8中判断计数值是否等于1，若等于1则进入步骤9，即表示该手势是唯一的。
为了明确说明如何进行比较，以下列举一个周期为5帧的手势数据进行比较的过程。这里的5帧数据只是一个举例，方便理解，实际处理中例如传感器的采集频率是100HZ，也就是说1s的数据有100帧组成。
假设单个周期数据具有5个帧的手势数，计算每一帧的关节角度和方向值，比较每一帧的关节角度和方向与整个5帧的数据。
如果比较的结果如下：
帧[1] 帧[2] 帧[3] 帧[4] 帧[5]
帧[1]: 1 0 0 1 1
帧[2]: 1 1 0 0 0
帧[3]: 0 1 1 1 0
帧[4]: 1 1 0 1 0
帧[5]: 1 0 0 0 1
那么进一步进行过滤处理，过滤结果如下：
帧[1] 帧[2] 帧[3] 帧[4] 帧[5]
帧[1]: 1 0 0 0 1
帧[2]: 0 1 0 0 0
帧[3]: 0 0 0 1 0
帧[4]: 0 1 0 1 0
帧[5]: 1 0 0 0 1
然后，对于“1”的次数进行计数，即等于手势出现的次数。其结果如下:
帧[1]: 2
帧[2]: 1
帧[3]: 1
帧[4]: 2
帧[5]: 2
那么，最后可以判断为:
帧[2] and 帧[3]是唯一的。
以上对于本发明的手势比较方法进行了说明，接着对于本发明的手势比较系统进行说明。
图4是表示本发明的手势比较系统的示意图。
如图4所示，本发明的手势比较系统具备：
多个MEMS传感器100，分别设置在可穿戴手套上；
数据采集装置200，用于采集所述MEMS传感器100的输出并转换成关节角度和方向值；以及
数据比较装置300，用于操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作时，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点，例如用于比较所述关节角度和方向值并判断所述手势是否为唯一。
其中，MEMS传感器100包括：设置在可穿戴手套的手指骨头的位置的11个MEMS传感器以及设置在手背位置的1个MEMS传感器。每个所述MEMS传感器包括：用于测量xyz三轴上的加速度分量值的加速度传感器、用于测量xyz三轴上的转动速率分量值的陀螺传感器以及用于测量xyz三轴上的磁场分量值的地磁传感器。
数据采集装置200设置为用于收集规定周期的整个周期的关节角度和方向值并且计算规定周期中的每个帧的关节角度和方向值。数据比较设置300用于将每一帧的关节角度和方向值与规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较并获得第一比较结果，对于第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果，并且根据第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若唯一则认为该手势是唯一。
根据本发明的手势比较方法以及手势比较系统不需要人工选择就能够通过对传感器的输出进行上述处理而判断手势是否唯一，能够节省人力劳动，并且能够进行准确地判定。
另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
再者，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
以上例子主要说明了本发明的采集手势数据并进行比较的手势比较方法以及手势比较系统。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (12)
1.一种手势比较方法，其特征在于，
传感器设置步骤，在可穿戴手套上设置MEMS传感器；
数据采集步骤，利用所述MEMS传感器将各个手势转换成关节角度和方向值；以及
操作周期开始手势选取步骤，操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点。
2.如权利要求1所述的手势比较方法，其特征在于，包括下述步骤：
在所述操作周期开始手势选取步骤中，通过比较所述关节角度和方向值来确定该手势是否在该一系列动作中唯一。
3.如权利要求2所述的手势比较方法，其特征在于，
在所述传感器设置步骤中，在可穿戴手套的手指和手背分别设置多个MEMS传感器。
4.如权利要求3所述的手势比较方法，其特征在于，
在所述传感器设置步骤中，在可穿戴手套的手指的骨头位置分别设置1个或多个MEMS传感器以及/或者在手背的位置设置1个或多个MEMS传感器。
5.如权利要求4所述的手势比较方法，其特征在于，
在所述数据采集步骤中，所述关节角度为相邻的手指骨的欧拉角之差，所述方向值为手指骨的欧拉角。
6.如权利要求1~5任意一项所述的手势比较方法，其特征在于，
所述数据采集步骤包括下述子步骤：
收集规定周期的整个周期的所述手势的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值，
所述操作周期开始手势选取步骤包括下述子步骤：
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
7.一种手势比较系统，其特征在于，具备：
多个MEMS传感器，分别设置在可穿戴手套上；
数据采集装置，用于采集所述MEMS传感器的输出并转换成关节角度和方向值；以及
数据比较装置，用于操作人员佩戴所述可穿戴手套进行操作时，在操作人员执行的一系列动作当中基于所述关节角度和方向值找出一个只在该一系列动作当中唯一存在的手势作为一个周期的起点。
8.如权利要求7所述的手势比较系统，其特征在于，
所述数据比较装置通过比较所述关节角度和方向值来确定该手势是否在该一系列动作中唯一。
9.如权利要求8所述的手势比较系统，其特征在于，
所述多个MEMS传感器包括：设置在可穿戴手套的手指骨头的位置的1个或多个MEMS传感器以及/或者设置在手背位置的1个或多个MEMS传感器。
10.如权利要求7~9任意一项所述的手势比较系统，其特征在于，
所述数据采集装置设置为用于采集规定周期的整个周期的所述关节角度和方向值并且计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值，
所述数据比较设置为将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果，对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果，根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若唯一则认为该手势是唯一。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
12.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据可穿戴手套上设置MEMS传感器的输出，采集规定周期的整个周期的关节角度和方向值；
计算所述规定周期中的每个帧的关节角度和方向值；
将每一帧的关节角度和方向值与所述规定周期的整个周期的关节角度和方向值进行比较获得第一比较结果；
对于所述第一比较结果进行过滤处理得到第二比较结果；以及
根据所述第二比较结果判断每个帧的关节角度和方向值是否是唯一，若是唯一则认为该手势是唯一。
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