CN112520524A - 一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置及控制方法,属于非接触式智能电梯控制交互装置技术领域。这种非接触式电梯控制交互装置及控制方法改变了传统操控电梯的方式，通过手势识别技术使用户避开了使用电梯时候的接触，使得电梯能够更好的服务于用户。电梯用户无需接触按键即可实现对电梯的进行上下或输入目标楼层的操作。该装置通过设置手势检测模块对手势识别摄像头获取的图像进行处理，图像经灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块处理后使得最终获取的手势信息更加准确、可靠，减少因手势图像不清晰导致的重复输入。

Description

一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种非接触式智能电梯控制交互装置，更具体地说，涉及一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置及控制方法。

背景技术

现代生活中，电梯作为出入家门、各个公共服务场所必需的公共设施无时无刻不在为人们的生活服务，电梯给人们的生活带来的极大的方便。与此同时，因空间小且密闭，电梯也成为了人员接触最为密集的公共场所，但是常常被忽视而未引起人们的重视。

生活中，接触传播是很多引起疾病的病毒的主要传播途径，电梯内外按键的接触因其不直接性而被人们忽视，却是很多病毒的传播途径之一，应该引起足够我们的重视。如何避免电梯内外按键的间接性接触亟需解决方案。非接触式智能电梯交互装置应运而生，且作为未来物联网世界的一员，电梯的智能化也是未来的趋势。

发明内容

为了改善电梯使用过程中频繁接触的弊端，本发明提供了一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置及控制方法。该智能电梯控制交互装置及控制方法通过手势识别技术为使用者提供更加安全非接触的使用电梯的方法。

本发明采用的技术方案：一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置包括智能电梯、智能手机、液晶显示屏、手势识别摄像头和红外传感器，所述智能电梯1包含微控制器和电源模块，智能手机通过WiFi和微控制器的无线通讯模块进行数据通信，液晶显示屏、手势识别摄像头和红外传感器通过I/O数据接口和微控制器进行数据通信，所述液晶显示屏包含内置液晶显示屏和外置液晶显示屏，内置液晶显示屏和手势识别摄像头设在智能电梯的轿厢内部，外置液晶显示屏和红外传感器设在每个楼层电梯的外部。

所述电源模块为微控制器、液晶显示屏、手势识别摄像头和红外传感器提供电源。

所述智能手机通过用于输入指令的电梯控制微信小程序将指令传输给微控制器。

所述智能电梯控制交互装置还包括手势检测模块，所述手势识别摄像头通过手势检测模块和微控制器进行数据通信。

所述手势检测模块包含灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块，手势识别摄像头采集到的手势图像依次经灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块处理后经过微控制器传输至内置显示屏。

所述灰度转换模块采用整数移位算法对手势识别摄像头采集的图像进行灰度转换处理。

所述高斯滤波模块采用高斯滤波对灰度转换后的图片进行处理去除噪声。

所述二值化处理模块采用图像二值化处理去除噪声后的图像。

所述边缘检测模块采用索贝尔算子处理二值化处理后的图像。

所述的一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，手机扫码打开电梯门：

a）电梯用户进入智能电梯前，通过智能手机扫描外置液晶显示屏上的二维码进入电梯控制微信小程序。

b）在电梯控制微信小程序中点击电梯向上或向下按钮，等待电梯。

c）智能电梯到达后打开电梯门，用户进入电梯。

步骤二，手势识别捕获目标楼层输入信息：

d）用户进入智能电梯之后，在手势识别摄像头的识别区域通过手势书写目标楼层数字，手势识别摄像头识别手势后将信号传输至微控制器，经微控制器处理后将手势信号转换至数字信号传输给内置液晶显示屏。

e）用户通过电梯控制微信小程序确认楼层信息，选择不是目标楼层，微控制器控制手势识别摄像头重新进行手势识别输入，直至用户确认是目标楼层，确认信号通过WiFi传输至微控制器，微控制器控制电梯到达目标楼层。

所述液晶显示屏用于显示楼层信息，电梯控制微信小程序可以通过液晶显示屏提供的二维码供用户借助智能手机扫描进入应用，通过智能手机小程序端可以控制打开电梯门和确认输入信息是否正确，实现对于手势识别信息确认功能。手势识别摄像头与电梯相连；通过手势识别摄像头识别到用户输入的楼层数，将识别出来的楼层展示在液晶显示屏上，然后确认信息无误后，电梯执行达到相应楼层的指令。本实发明能够实现通过手势识别技术来识别手势指令，这样就可以通过非接触来实现电梯的准确控制。基于手势识别技术的智能非接触式电梯控制交互装置可以降低公共场所电梯间接触交叉感染的风险，为大家的安全设置防护，并且可以为未来物联网服务。

手势识别摄像头与液晶显示器相连，手势识别摄像头可通过识别用户的手势识别出要到达的楼层，将其显示于液晶显示器上，供用户选择是否执行到达相应楼层的命令。

本发明的有益效果：一种基于手势识别技术的智能非接触式电梯控制交互装置及控制方法包括智能电梯、智能手机、液晶显示屏、手势识别摄像头和红外传感器。这种非接触式电梯控制交互装置及控制方法改变了传统操控电梯的方式，通过手势识别技术使用户避开了使用电梯时候的接触，使得电梯能够更好的服务于用户。电梯用户无需接触按键即可实现对电梯的进行上下或输入目标楼层的操作。该装置通过设置手势检测模块对手势识别摄像头获取的图像进行处理，图像经灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块处理后使得最终获取的手势信息更加准确、可靠，减少因手势图像不清晰导致的重复输入。

附图说明

图1是一种基于手势识别技术的智能非接触式电梯控制交互装置的结构示意图。

图2是一种基于手势识别技术的智能非接触式电梯控制交互装置的控制流程图。

图3是图2中手势识别摄像头识别楼层信息的流程图。

图中，1、智能电梯，2、液晶显示屏，3、手势识别摄像头，4、红外传感器，5、智能手机。

具体实现方式

下面将结合附图对本发明装置进一步作详细的说明。此处所描述的实施例目的在于解释本发明的功能特征和创新性，而非对本发明的限定。为了便于描述，附图中仅仅展示出了与本发明相关的部分而非发明装置应用场景的全部。

图1示出了一种基于手势识别技术的智能非接触式电梯控制交互装置的结构示意图。图中，这种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置包括智能电梯1、智能手机5、液晶显示屏2、手势识别摄像头3、和红外传感器4，智能电梯1包含微控制器和电源模块，智能手机5通过WiFi和微控制器的无线通讯模块进行数据通信，液晶显示屏2、手势识别摄像头3和红外传感器4通过I/O数据接口和微控制器进行数据通信，液晶显示屏2包含内置液晶显示屏和外置液晶显示屏，内置液晶显示屏和手势识别摄像头3设在智能电梯1的轿厢内部，外置液晶显示屏和红外传感器4设在每个楼层电梯的外部。

该装置还包括手势检测模块，手势识别摄像头3通过手势检测模块和微控制器进行数据通信。手势检测模块包含灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块，手势识别摄像头3采集到的手势图像依次经灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块处理后经过微控制器传输至内置显示屏（如图3所示）。

电源模块为微控制器、液晶显示屏2、手势识别摄像头3、手势处理模块和红外传感器4提供电源。

智能手机5通过用于输入指令的电梯控制微信小程序将指令传输给微控制器。

如附图2所示，手势处理模块包含灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块，手势识别摄像头3采集到图像数据后传输至手势处理模块，手势处理模块首先对图像进行灰度转换，将彩色的图像转换成256灰阶的图像，因为手势识别摄像头3在进行手势采集或者数据传输的时候会混入噪声，因此需要对灰度转换后的256灰阶图像进行高斯滤波；然后通过二值化处理模块对图像进行二值化处理，将256灰阶图像变成黑白图片之后通过边缘检测模块进行手势边缘检测，最终将处理过的数字图像的结果显示在内置液晶显示屏上面。

灰度转换模块对于手势采集摄像头采集到的RGB彩色数据进行灰度转换，彩色转换灰度采用色彩心理学公式，具体为：

Gray=R*0.299+G*0.587+B*0.114（其中R：红色，G：绿色，B:蓝色）。

进一步的，为了增加图像数据处理速度，增加人与电梯交互感受，采用整数移位算法来进行灰度转换，具体采用如下公式：

Gray=(R*76+G*150+B*30)>>8（其中R：红色，G：绿色，B:蓝色）。

高斯滤波模块采用高斯滤波的方法处理图像以消除图像噪声。高斯滤波器是一种平滑线性滤波器，其中线性滤波器很适合去除高斯噪声，平滑滤波器就是用滤波掩膜确定的邻域内像素的平均灰度值去替代图像的每个像素点的值，而高斯滤波器是带权重的平均值，即加权平均，中心的权重比邻近的权重更大，这样就克服了边界效应。具体地，高斯滤波采用3×3掩膜，具体公式如下：

g(x,y)={f(x-1,y-1)+f(x-1,y+1)+f(x+1,y-1)+f(x+1,y+1)+

f(x-1,y)+f(x,y-1)+f(x+1,y)+f(x,y+1)×2+f(x,y)×4}/16

式子中：f(x,y)为原图像中（x,y）的像素点的灰度值；

g(x,y)为经过高斯滤波后的值；

x为手势识别摄像头采集色彩数据的行值，范围为：0-648；

y为手势识别摄像头采集色彩数据的列值，范围为：0-480。

边缘检测模块应用索贝尔算子（Sobel operator)来做边缘检测，它是一离散性差分算子，用来运算图像亮度函数的灰度之近似值。在图像任何一点处用此算子，都会产生相应的灰度矢量或是其法矢量。Sobel卷积因子Gx,Gy如下表所示：

表1 卷积因子Gx

-1	0	+1
			-2	0	+2
-1	0	+1

表2 卷积因子Gy

+1	+2	+1
			0	0	0
-1	-2	-1

该算子包括两组3×3的矩阵，分别是横向和纵向，将之与图像做平面卷积，即可分别得出横向和纵向的亮度差分近似值。经过高斯滤波、边缘检测处理之后的数据将通过I/O数据接口传输给内置液晶显示屏，这样显示的手势信息更加准确。

这种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，手机扫码打开电梯门：

a）电梯用户进入智能电梯1前，通过智能手机5扫描外置液晶显示屏上的二维码进入电梯控制微信小程序。

b）在电梯控制微信小程序中点击电梯向上或向下按钮，等待电梯。

c）智能电梯1到达后打开电梯门，用户进入电梯。

步骤二，手势识别捕获目标楼层输入信息：

d）用户进入智能电梯1之后，在手势识别摄像头3的识别区域通过手势书写目标楼层数字，手势识别摄像头3识别手势后将信号传输至微控制器，经微控制器处理后将手势信号转换至数字信号传输给内置液晶显示屏。

e）用户通过电梯控制微信小程序确认楼层信息，选择不是目标楼层，微控制器控制手势识别摄像头3重新进行手势识别输入，直至用户确认是目标楼层，确认信号通过WiFi传输至微控制器，微控制器控制电梯到达目标楼层（如图2所示）。

其中，微信小程序可以提供给用户在个人智能手机上输入电梯楼层信息确认指令的服务，用户进入电梯之后用自己的智能手机扫描液晶显示屏幕上显示的二维码，进入到电梯控制微信小程序内，在小程序界面有楼层信息确认界面，手势识别摄像头捕获输入的楼层信息之后，再手机端确认楼层信息后，服务器将解析完的指令数据传递给电梯的控制单元，然后电梯执行到达相应楼层的指令。

手势识别摄像头在用户进入到电梯之后，通过扫描用户的手势，解析出用户输入的楼层，将其显示在液晶显示屏上，供用户确认完之后，将指令信息传输给服务器，然后将指令再传输给电梯，使其执行到达相应楼层指令。从而实现手势识别控制电梯的目标。

微控制器根据实际需要采用现有的微控制器，手势检测模块可根据实际需要设在手势识别摄像头3的内部或者设置在微控制器上。

智能电梯区别于传统的电梯，其可以通过电梯间内配置的摄像头来实时反映电梯内的人数，也能够借助于电梯等候区域的红外热感传感器检测是否有人员等候电梯，如果没有人员等候，则即使该层有指令让开门，其也不执行开门操作，继续执行其他楼层指令，这样的优化大大的提高了电梯的运行效率，同时，电梯在微信小按程序内也能够提供给用户电梯的实时位置，以及可载行人数，电梯日常维护信息，这样的优化使电梯更智能化。

本发明实施例中，液晶显示屏可以提供给用户进行信息确认的二维码，进入到微信小程序在手机上即可以进行传统按键操作来确认信息是否正确；手势识别摄像头可以提供直接进行手势识别支持，这样避免了直接的公共按键接触。本设计的目地在于极大地改善了当下电梯操作的简便性，能够解决电梯间接触传播病毒提供积极的解决方案，也为以后电梯进入万物互联提供了极大地可能。

电梯用户在进行打开电梯门操作前，打开手机扫描二维码进入控制电梯的微信小程序，输入个人账号及密码，进入微信小程序系统。用户进入电梯之后，如果小程序已关闭需要再次扫描液晶显示屏上的二维码进入微信小程序，之后在手势识别摄像头区域，用手势写出要到达的楼层。小程序端，或在电梯内的液晶屏端观察摄像头识别的数字，确认是否为所需要到达楼层，是预到达楼层，则选择确认，不是预到达楼层则选择否，再次重新进行手势识别输入。

Claims (3)

1.一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置，它包括智能电梯（1）、智能手机（5），其特征在于,它还包括液晶显示屏（2）、手势识别摄像头（3）和红外传感器（4），所述智能电梯（1）包含微控制器和电源模块，智能手机（5）通过WiFi和微控制器的无线通讯模块进行数据通信，液晶显示屏（2）、手势识别摄像头（3）和红外传感器（4）通过I/O数据接口和微控制器进行数据通信，所述液晶显示屏（2）包含内置液晶显示屏和外置液晶显示屏，内置液晶显示屏和手势识别摄像头（3）设在智能电梯（1）的轿厢内部，外置液晶显示屏和红外传感器（4）设在每个楼层电梯的外部；

所述电源模块为微控制器、液晶显示屏（2）、手势识别摄像头（3）和红外传感器（4）提供电源；

所述智能手机（5）通过用于输入指令的电梯控制微信小程序将指令传输给微控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置的控制方法，其特征在于，它还包括手势检测模块，所述手势识别摄像头（3）通过手势检测模块和微控制器进行数据通信；

所述手势检测模块包含灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块，手势识别摄像头（3）采集到的手势图像依次经灰度转换模块、高斯滤波模块、二值化处理模块和边缘检测模块处理后经过微控制器传输至内置显示屏；

所述灰度转换模块采用整数移位算法对手势识别摄像头（3）采集的图像进行灰度转换处理；

所述高斯滤波模块采用高斯滤波对灰度转换后的图片进行处理去除噪声；

所述二值化处理模块采用图像二值化处理去除噪声后的图像；

所述边缘检测模块采用索贝尔算子处理二值化处理后的图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于手势识别技术的智能电梯控制交互装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，手机扫码打开电梯门：

a）电梯用户进入智能电梯(1)前，通过智能手机(5)扫描外置液晶显示屏上的二维码进入电梯控制微信小程序；

b）在电梯控制微信小程序中点击电梯向上或向下按钮，等待电梯；

c）智能电梯（1）到达后打开电梯门，用户进入电梯；

步骤二，手势识别捕获目标楼层输入信息：

d）用户进入智能电梯（1）之后，在手势识别摄像头（3）的识别区域通过手势书写目标楼层数字，手势识别摄像头（3）识别手势后将信号传输至微控制器，经微控制器处理后将手势信号转换至数字信号传输给内置液晶显示屏；

e）用户通过电梯控制微信小程序确认楼层信息，选择不是目标楼层，微控制器控制手势识别摄像头（3）重新进行手势识别输入，直至用户确认是目标楼层，确认信号通过WiFi传输至微控制器，微控制器控制电梯到达目标楼层。

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