CN111204310B - 一种手势识别控制装置及可移动载体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手势识别控制装置及可移动载体。本发明能够在不额外设置红外、激光等距离探测器的情况下，利用手势识别控制装置中的电场模块即可实现对使用者的距离检测。此外，本发明还可以更进一步的利用该距离检测结果制定合适的距离预设值，从而能够在判断使用者足够靠近电场模块时再启用基于电场变化的手势检测与识别，因而有效的节约了手势检测的能量消耗，并基本上未增加整体装置构造的复杂度。

Description

一种手势识别控制装置及可移动载体

技术领域

本发明涉及手势识别控制技术，具体而言，涉及无人车辆的手势识别控制装置。

背景技术

非接触手势(识别)控制是近年来发展较快的一种控制方式，目前主要用于非接触操作，例如基于机器视觉(如摄像装置)的手势识别。

通过摄像装置拍摄的图像、视频对用户进行行为识别，对电子设备的图像处理能力、图像识别能力提出了很高的要求，并且，电子设备对图像进行识别时，也需要占用大量的硬件资源，例如需要大量的CPU资源以及内存资源，同时对环境光线也有要求，在光线过亮或过暗时，都会降低识别率，并且要在户外复杂的人群中准确识别出所需信息，对算法的要求也很高。

基于电场变化的手势识别是新兴的手势识别技术。其能够实现手势检测和识别的基本原理包括：在没有手接近时，发射单元和接收单元的电场强度为某值，而当有手接近时，发射单元和接收单元之间的电场强度发生变化为另外值。利用这种电场变化的原理，就可以通过发射单元和接收单元之间的电场强度变化来检测手势动作而形成相应的手势信号。例如，不同的手势会使接收单元接收到不同的模拟电压信号，而同一手势会产生相同的信号，与某一手势相近的手势也会产生几乎相同的信号。因而只需在手势识别控制装置预设若干标准手势动作的信号模型，当检测到的信号与系统内标准信号吻合时，即可识别为相应的手势信号。

然而基于电场变化的手势识别因其对电场的分布密度和均匀度均有较高要求，方能满足手势识别的精度需要，因而其往往适用于近场应用。然而如果发射单元长期开启以等待用户达到一定的距离内进行手势识别的话，会造成较大的能量消耗。而如果利用现有技术中存在红外、激光的距离探测器以检测使用者是否靠近，则势必又造成成本、以及装置复杂度的提高。

发明内容

为解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供一种手势识别控制装置，所述控制装置具有电场模块，所述电场模块具有发射单元和接收单元以发射和接收电场信号，其中所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；

所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

本发明能够在不额外设置红外、激光等距离探测器的情况下，利用手势识别控制装置中的电场模块即可实现对使用者的距离检测。

进一步的，所述发射单元具有第一电场发射功率和第二电场发射功率；

并且，所述发射单元以所述第一电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；

以及，所述发射单元以所述第二电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

进一步的，所述控制装置还具有触发单元，以使得：

当以所述第二电场发射功率发射所述电场信号，并根据所述相应的距离信号确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于第一预设距离时，所述触发单元触发所述发射单元以所述第一电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。

进一步的，所述发射单元具有第三电场发射功率；

并且，所述发射单元以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；以及，使得所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

进一步的，所述控制装置还具有触发单元，以使得：

当以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，并根据所述相应的距离信号确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于第一预设距离时，保持所述发射单元以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。

进一步的，当确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于所述第一预设距离时，所述接收单元还能够保持接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

进一步的，当所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化时，若确定使用者与所述电场模块之间距离大于所述第一预设距离，则所述触发单元触发所述发射单元以所述第二电场发射功率发射电场信号，使得所述接收单元接收使用者反射的电场信号。

进一步的，当所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化时，若确定使用者与所述电场模块之间距离大于所述第一预设距离，则保持所述第三电场发射功率发射电场信号，所述触发单元触发以使得所述接收单元接收使用者反射的电场信号。

进一步的，所述发射单元可调整至第一发射角或第二发射角，其中所述第一发射角为近场发射角，所述第二发射角为远场发射角；

当所述发射单元调整至所述第一发射角时，所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；

当所述发射单元调整至所述第二发射角时，所述接收单元能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

进一步的，所述接收单元包括第一传感模块和第二传感模块；

并且，所述第一传感模块用于将所述手势操作对应的变化电场信号识别为相应的所述手势信号，所述第二传感模块用于将所述反射的电场信号识别为相应的所述距离信号。

进一步的，所述第一电场发射功率大于所述第二电场发射功率。

本发明的第二方面，提供一种可移动载体，具有手势识别控制装置，所述手势识别控制装置为上述的手势识别控制装置。

进一步的，所述使用者位于所述载体的外部，并且所述发射单元向所述载体的外部发射所述电场信号；

所述控制装置还具有控制部，以基于所述手势信号控制所述可移动载体实施第一动作，所述第一动作包括：载体行驶、载体停止行驶、开启载体门和/或关闭载体门。

进一步的，所述可移动载体为无人车辆。

附图说明

图1为本发明手势识别控制装置的结构示意图。

图2(1)、(2)分别为本发明手势识别控制装置的发射单元调整至近场发射角和远场发射角的位置示意图。

图3为本发明具有手势识别控制装置的可移动载体与使用者之间的距离关系示意图。

附图标记说明：

1-发射单元；2-接收单元；3-电场模块；

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。需要说明的是，本申请中术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为便于对本申请进行理解，下面结合具体实施方式对本申请提供的技术方案进行详细说明。在不冲突的情况下，本发明中的各实施方式及实施方式中的技术特征可以相互组合。

参见附图1，为本发明手势识别控制装置的结构示意图。本发明提供一种手势识别控制装置，该控制装置具有电场模块3，电场模块3具有发射单元1和接收单元2以发射和接收电场信号，其中接收单元2能够响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。需要说明的是，本发明中“使用者”可以指代其整体(如人体)，也可以指代其局部(如手部)。

手势信号是通过是利用电场变化的基本原理来进行手势检测而识别的。励磁电压作用于发射单元(如包括发射电极的单元)与接收单元(如包括接收电极或接地层的单元)时，会建立起一个电场，电场从发射单元扩展到发射单元之上的区域(该区域可称为扫描区域)。其能够实现手势检测和识别的基本原理包括：在没有手接近时，发射单元和接收单元的电场强度为某值，而当有手接近时，发射单元和接收单元之间的电场强度发生变化为另外值。利用这种电场变化的原理，就可以通过发射单元和接收单元之间的电场强度变化来检测手势动作而形成相应的手势信号。例如，不同的手势会使接收单元接收到不同的模拟电压信号，而同一手势会产生相同的信号，与某一手势相近的手势也会产生几乎相同的信号。因而只需在手势识别控制装置预设若干标准手势动作的信号模型，当检测到的信号与系统内标准信号吻合时，即可识别为相应的手势信号。

进一步的，参见附图1、3，接收单元2还能够接收使用者反射的电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。其基本原理包括：场的传播形成波。例如电磁波是由互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。手势识别控制装置中的电场模块产生电场并可向外部传播(参见附图1、2)，而波在传播碰到探测物体(如使用者)时会反射回波，利用发射波和接收回波之间时间差并结合波传播速度(通常认为在空气中是3X10⁸m/s)从而得出探测物体(如使用者)与电场模块之间的距离。

因此，本发明能够在不额外设置红外、激光等距离探测器的情况下，利用手势识别控制装置中的电场模块即可实现对使用者的距离检测。

后续的，可以更进一步的利用该距离检测结果制定合适的距离预设值，从而能够在判断使用者足够靠近电场模块时再启用基于电场变化的手势检测与识别(详见下文描述)，因而有效的节约了手势检测的能量消耗，并基本上未增加整体装置构造的复杂度。

优选地，接收单元包括第一传感模块和第二传感模块；并且，第一传感模块用于将手势操作对应的变化电场信号识别为相应的手势信号，第二传感模块用于将反射的电场信号识别为相应的距离信号。因此可以令手势信号的识别与距离信号的识别通过不同传感器实现，增强传感器的专用性从而提高识别效率与速度。

在本发明的一个实施方式中，可优选发射单元1具有第一电场发射功率和第二电场发射功率。并且，发射单元1以第一电场发射功率发射电场信号，使得接收单元2能够响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。以及，发射单元1以第二电场发射功率发射电场信号，使得接收单元2还能够接收使用者反射的电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。因此，本发明能够实现以不同功率分别实施手势信号、距离信号的检测与识别，以适应不同应用工况对功率的需求，从而实现功率调配的优化。例如，为实现远距离的距离信号的检测与识别，可令第二电场发射功率增高，必要时可高于第一电场发射功率。

优选地，本发明可令第一电场发射功率大于第二电场发射功率。这是考虑到距离信号的检测与识别功能较为单一，对电场的分布密度、均匀性要求较低(而手势信号的检测往往提出更高要求)，因此可采用较小功率实现从而充分节省能耗。作为非限定性的示例，本发明实现电场发射功率变化的方法可以采用电源(如调节电源的电压或电流)调整，也可以采用控制工作功率单元的数量而调整。例如，发射单元共有N个发射模块，如令N个发射模块均工作则产生较大电场发射功率，而仅令N/2个发射模块工作则产生较小电场发射功率。

然而，本发明并不限于此，本发明亦可采用相同功率(如第三电场发射功率)发射电场信号，以实施手势信号、距离信号的检测与识别。

在本发明的另一个实施方式中，参见附图3，优选地，控制装置还具有触发单元，以使得：

情形(1)：当以第二电场发射功率发射电场信号，并根据相应的距离信号确定使用者与电场模块3之间距离大于第一预设距离(如附图3中的L1)时，保持发射单元1以第二电场发射功率发射电场信号，使得接收单元2接收使用者反射的电场信号；

情形(2)：当以第二电场发射功率发射电场信号，并根据相应的距离信号确定使用者与电场模块3之间距离小于等于第一预设距离(如附图3中的L1)时，触发单元触发发射单元1以第一电场发射功率发射电场信号，使得接收单元2响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。

情形(3)：当确定使用者与电场模块3之间距离小于等于第一预设距离时(如附图3中的L1)，接收单元2还能够保持接收使用者反射的电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

情形(4)：当触发单元触发使得接收单元2响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化时，若确定使用者与电场模块3之间距离大于第一预设距离(如附图3中的L1)，则触发单元触发发射单元1以第二电场发射功率发射电场信号，使得接收单元2接收使用者反射的电场信号。

因此，以上通过触发单元能够控制电场模块根据使用者的距离，切换手势信号、距离信号的检测与识别，并相应的切换各自的电场发射功率。然而，本发明并不限于此，本发明亦可采用相同功率(如第三电场发射功率)发射电场信号，以实施手势信号、距离信号的检测与识别，此时只需切换手势信号、距离信号的检测与识别，而无需切换电场发射功率。

在本发明的另一个实施方式中，参见附图2(1)、(2)，发射单元1可调整至第一发射角或第二发射角，其中第一发射角为近场发射角(如附图2(1)所示)，第二发射角为远场发射角(如附图2(2)所示)。其中，在近场发射角时，电场产生的电磁波的传播发散角较小使其传播的范围以及距离较小。在远场发射角时，电场产生的电磁波的传播发散角较大使其传播的范围以及距离较大。

相应优选地，可令发射单元调整至近场发射角时，电磁波传播的更小范围与距离提高电场分布的密度与均匀性，从而更好地满足高精度手势信号检测与识别的需求。而令发射单元调整至远场发射角时，电磁波传播的更大范围与距离能够满足大范围、远距离实现对使用者测距的需求。

此外根据本发明的第二方面，参见附图3，本发明还提供一种可移动载体，具有本发明所述的手势识别控制装置。

优选地，参见附图3，使用者位于载体的外部，并且发射单元向载体的外部发射电场信号。此外，控制装置还可以具有控制部，以基于手势信号控制可移动载体实施第一动作，第一动作包括：载体行驶、载体停止行驶、开启载体门和/或关闭载体门。

参见附图3，当手势识别控制装置设置于可以移动载体的顶部位置附近时，可对应根据使用者在预设距离L1内的手势指令，实施载体行驶、载体停止行驶、开启载体门和关闭载体门等第一动作。当手势识别控制装置设置于载体门位置附近时，可对应根据使用者在预设距离L1内的手势指令，实施开启载体门和关闭载体门等第一动作。

优选地，可移动载体可以为无人车辆，此处无人车辆亦可称无人驾驶车辆或自动驾驶车辆。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种手势识别控制装置，所述控制装置具有电场模块，所述电场模块具有发射单元和接收单元以发射和接收电场信号，其中所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；其特征在于，所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号；

所述发射单元具有第一电场发射功率和第二电场发射功率；并且，所述发射单元以所述第一电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；以及，所述发射单元以所述第二电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号；所述控制装置还具有触发单元，以使得：当以所述第二电场发射功率发射所述电场信号，并根据所述相应的距离信号确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于第一预设距离时，所述触发单元触发所述发射单元以所述第一电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；

和/或，所述发射单元具有第三电场发射功率；并且，所述发射单元以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，使得所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；以及，使得所述接收单元还能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号；所述控制装置还具有触发单元，以使得：当以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，并根据所述相应的距离信号确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于第一预设距离时，保持所述发射单元以所述第三电场发射功率发射所述电场信号，所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号。

2.根据权利要求1所述的手势识别控制装置，其特征在于，当确定使用者与所述电场模块之间距离小于等于所述第一预设距离时，所述接收单元还能够保持接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

3.根据权利要求1所述的手势识别控制装置，其特征在于：当所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化时，若确定使用者与所述电场模块之间距离大于所述第一预设距离，则所述触发单元触发所述发射单元以所述第二电场发射功率发射电场信号，使得所述接收单元接收使用者反射的电场信号。

4.根据权利要求1所述的手势识别控制装置，其特征在于：当所述触发单元触发使得所述接收单元响应使用者的手势操作使接收到的电场信号产生变化时，若确定使用者与所述电场模块之间距离大于所述第一预设距离，则保持所述第三电场发射功率发射电场信号，所述触发单元触发以使得所述接收单元接收使用者反射的电场信号。

5.根据权利要求1-4中任一所述的手势识别控制装置，其特征在于，所述发射单元可调整至第一发射角或第二发射角，其中所述第一发射角为近场发射角，所述第二发射角为远场发射角；当所述发射单元调整至所述第一发射角时，所述接收单元能够响应使用者的手势操作使接收到的所述电场信号产生变化，并将该变化的电场信号识别为相应的手势信号；当所述发射单元调整至所述第二发射角时，所述接收单元能够接收使用者反射的所述电场信号，并将该反射的电场信号识别为相应的距离信号。

6.根据权利要求1-4中任一所述的手势识别控制装置，其特征在于，所述接收单元包括第一传感模块和第二传感模块；并且，所述第一传感模块用于将所述手势操作对应的变化电场信号识别为相应的所述手势信号，所述第二传感模块用于将所述反射的电场信号识别为相应的所述距离信号。

7.根据权利要求1-4中任一所述的手势识别控制装置，其特征在于，所述第一电场发射功率大于所述第二电场发射功率。

8.一种可移动载体，具有手势识别控制装置，其特征在于，所述手势识别控制装置为权利要求1-7中任一所述的手势识别控制装置。

9.根据权利要求8所述的可移动载体，其特征在于，所述使用者位于所述载体的外部，并且所述发射单元向所述载体的外部发射所述电场信号；所述控制装置还具有控制部，以基于所述手势信号控制所述可移动载体实施第一动作，所述第一动作包括：载体行驶、载体停止行驶、开启载体门和/或关闭载体门。

10.根据权利要求8所述的可移动载体，其特征在于，所述可移动载体为无人车辆。

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