CN113147669B - 一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统 - Google Patents

一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，涉及数字信号处理技术领域，包括以下步骤：调节识别方位、身份确认、提取舱内手势运动信号、识别舱内手势运动轨迹以及输出动作判定。本发明通过将手势待识别区域转换至方向盘处，以及在方向盘上的两个防滑垫层上进行镜像的双手手势识别，实现了手势识别过程中双手不离开方向盘，增强驾驶者在紧急情况下的驾驶安全性，同时防止出现动作误判的响应现象发生；通过在方向盘的下方设置换向机构，能够实现在驾驶者忘记携带车钥匙或者钥匙丢失时，根据另一只手做出的符合指令手势，在车舱外部通过面部识别及手势识别双保险的前提下，进行车门的开启操作。

Description

一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统。
背景技术
毫米波雷达可以在大范围内测量目标且响应时间短，受雨雪、雾霾等环境的影响小，具备全天候工作的能力，可穿透塑料、干式墙、衣服等材料，同时由于处理毫米波信号所需的系统组件体积小、距离及角度分别率高等一系列优点，所以在汽车智能系统中将会得到广泛的应用。
但是，当下车载毫米波雷达在手势识别领域的应用仍存在一定的弊端：一、毫米波雷达的安装位置位于车顶与中控面板的显示屏之间，形成待识别区域，驾驶人员在输入指令时，需要单手操作方向盘，然后另一只手在待识别区域中进行手势运动轨迹输入，虽然能防止驾驶员注意力分散，但单手驾驶在遇到紧急情况下依旧存在安全隐患；二、手势识别系统的模块识别方向固定无法调节，当驾驶人员忘记携带车钥匙或者钥匙丢失时，无法根据现有的手势识别系统来打开汽车车门；三、驾驶者在行车过程中，会有伸手或展腰等动作，现有的手势识别系统亦会判别为有效输入指令，以至于出现不希望执行的动作响应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，以解决现有技术中导致的上述缺陷。
一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，包括方向盘，还包括换向机构、摄像头、第一雷达以及第二雷达，所述换向机构安装于方向盘的下方，并用于获取及调节车舱内外的待识别区域位置，所述摄像头安装于换向机构上，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的初步判定，所述第一雷达和第二雷达对称安装于换向机构内，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的进一步判定，还用于防止出现动作误判的响应现象发生。
优选的，所述方向盘的上端面设置有两两对称的边界凸起，方向盘上于两个相邻的边界凸起之间还设置防滑垫层。
优选的，所述换向机构包括固定座、供能部、扭簧、安装座以及摆动块，所述固定座固定于方向盘下的转轴上，所述供能部的下端铰接于固定座上，供能部的上端为开口设置且所述摄像头安装于内部，所述第一雷达和第二雷达对称安装于供能部的两侧，所述扭簧通过安装柱设置于供能部与固定座的铰接处，扭簧的上端抵接于供能部上，扭簧的下端抵接于固定座上，供能部的侧端铰接有转动块，所述转动块上连接有钢丝绳，所述钢丝绳的另一端固定连接有防水滑杆，所述安装座呈“L”形且与防水滑杆滑动连接，所述摆动块铰接于防水滑杆的端部上。
优选的，所述舱内手势运动轨迹经双手对称识别：
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从下向上，即左手拇指逆时针运动，右手拇指顺时针运动，识别为向上运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从上向下，即左手拇指顺时针运动，右手拇指逆时针运动，识别为向下运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由收拢至展开运动，识别为向左运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由展开至收拢运动，识别为向右运动。
优选的，所述舱内手势运动轨迹若为单手或双手轨迹不符，则识别为无效判定。
优选的，两个所述防滑垫层分别与第一雷达和第二雷达相对应。
优选的，所述摆动块上与防水滑杆铰接的侧端呈平面状，摆动块摆动块的另一端为弧形弯曲状。
优选的，所述防水滑杆为耐拉伸材料。
本发明的优点在于：(1)通过将手势待识别区域转换至方向盘处，以及在方向盘上的两个防滑垫层上进行镜像的双手手势识别，实现了手势识别过程中双手不离开方向盘，增强驾驶者在紧急情况下的驾驶安全性，而双手的手势运动轨迹差异较大时，判别为并不执行驾驶者手势输入，即防止出现动作误判的响应现象发生；
(2)通过在方向盘的下方设置换向机构，摆动摆动块后先经摄像头进行初步脸部识别，再经第一雷达或第二雷达进一步进行身份确认，能够实现在驾驶者忘记携带车钥匙或者钥匙丢失时，根据另一只手做出的符合指令手势，在车舱外部通过面部识别及手势识别双保险的前提下，进行车门的开启操作。
附图说明
图1为本发明从车舱外部到车舱内部的系统流程图。
图2为本发明中换向机构的结构示意图。
图3为本发明中换向机构内的部分结构放大图。
图4为本发明待识别区域在车舱内部的状态示意图。
图5为本发明待识别区域在车舱外部的状态示意图。
其中，1-换向机构，2-摄像头，3-第一雷达，4-第二雷达，5-边界凸起，6-防滑垫层，101-固定座，102-供能部，103-扭簧，104-安装座，105-摆动块，106-安装柱，107-转动块，108-钢丝绳，109-防水滑杆。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，包括方向盘，其特征在于，还包括换向机构1、摄像头2、第一雷达3以及第二雷达4，所述换向机构1安装于方向盘的下方，并用于获取及调节车舱内外的待识别区域位置，所述摄像头2安装于换向机构1上，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的初步判定，所述第一雷达3和第二雷达4对称安装于换向机构1内，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的进一步判定，还用于防止出现动作误判的响应现象发生。
在本实施例中，所述第一雷达3、第二雷达4、摄像头2以及供能部102之间电性连接，方向盘的上端面设置有两两对称的边界凸起5，方向盘上于两个相邻的边界凸起5之间还设置防滑垫层6，所述防滑垫层6的表面为摩擦颗粒，以增加辨识度。
在本实施例中，基于毫米波雷达的手势运动探测系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：调节识别方位：通过在方向盘的下方设置换向机构1，以获取舱内外待识别区域的位置；
S2：身份确认：通过设置摄像头2先由面部识别进行初步判定，再通过对称设置的第一雷达3和第二雷达4结合手势识别进一步判定，身份确认后车门打开；
S3：提取舱内手势运动信号：通过第一雷达3和第二雷达4的向待识别区域发射电磁波信号，接收毫米波回波信号后，提取到毫米波信号中的有效手势运动信号；
S4：识别舱内手势运动轨迹：缓存目标在感应区内位置的多帧数据，从而通过实时更新的位置信息，识别目标的手势运动轨迹；
S5：输出动作判定：根据信号处理单元进行信号处理后判断具体的手势类别，并输出相应的动作判定。
在本实施例中，所述换向机构1包括固定座101、供能部102、扭簧103、安装座104以及摆动块105，所述固定座固定于方向盘下的转轴上，所述供能部102的下端铰接于固定座101上，供能部102的上端为开口设置且所述摄像头2安装于内部，所述第一雷达3和第二雷达4对称安装于供能部102的两侧，所述扭簧103通过安装柱106设置于供能部102与固定座101的铰接处，扭簧103的上端抵接于供能部102上，扭簧103的下端抵接于固定座101上，供能部102的侧端铰接有转动块107，所述转动块107上连接有钢丝绳108，所述钢丝绳108的另一端固定连接有防水滑杆109，所述安装座104呈“L”形且与防水滑杆109滑动连接，所述摆动块105铰接于防水滑杆109的端部上。
在本实施例中，所述摆动块105的中部开设有漏水孔，防水滑杆109的外端与舱外空气相接触，并做到防雨防潮，保证换向机构1的正常执行。
值得一提的是，所述舱内手势运动轨迹经双手对称识别，即在预设识别差异范围内，两手在边界凸起5之间输入镜像对称指令，以防止驾驶期间驾驶者因个人习惯抓取位置的不同，导致出现误输入指令的情况：
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从下向上，即左手拇指逆时针运动，右手拇指顺时针运动，识别为向上运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从上向下，即左手拇指顺时针运动，右手拇指逆时针运动，识别为向下运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由收拢至展开运动，识别为向左运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由展开至收拢运动，识别为向右运动。
在本实施例中，所述舱内手势运动轨迹若为单手或双手轨迹不符，则识别为无效判定。
在本实施例中，两个所述防滑垫层6分别与第一雷达3和第二雷达4相对应。
在本实施例中，所述摆动块105上与防水滑杆109铰接的侧端呈平面状，便于自动卡接于安装座104上保持限位状态，摆动块摆动块105的另一端为弧形弯曲状，便于手动摆动。
此外，所述防水滑杆109为耐拉伸材料。
工作过程及原理：本发明在使用过程中，需要测试车门是否可以打开，若驾驶者因忘记携带车钥匙或遗失时，或者因车门的自动启锁无效时，需要在车舱外部通过面部识别及手势识别双保险的前提下，进行车门的开启操作，调节换向机构1的操作为：
顺时针方向摆动摆动块105，带动防水滑杆109从安装座104中向外滑动，经钢丝绳108及转动块107带动供能部102上在固定座101上转动，进而带动其上的摄像头2、第一雷达3以及第二雷达4同步转动，当105的铰接端侧平面与安装座104相配合时停止摆动，在扭簧103的作用下，钢丝绳108保持张紧状态，进而处于卡接限位的状态，此时摄像头2、第一雷达3以及第二雷达4组成的识别模块的待识别区域从车舱内转向到车舱外，摄像头2率先对操作人员进行身份的初步识别，为防止摄像头2识别仰角过大引起的误触发，设置了第一雷达3和第二雷达4其中任意一个进行进一步的身份识别认证，即手部做出符合指令的手势，手势图像以数据的形式传递到对应的图像处理部分，图像数据识别手势类型并分析处理后，做出相应的指令判断，第一雷达3或第二雷达4检测到指令后配合车内的自动启落锁部分打开车门；
车门打开后，反向摆动摆动块105并在扭簧103自身弹力的带动下，带动防水滑杆109从安装座104内回程，供能部102再次回转至原来位置，此时第一雷达3和第二雷达4再次位于方向盘上防滑垫层6的正下方。
在车舱内的识别操作，即车辆行驶状态的手势识别系统工作过程为：
驾驶者不使用识别系统时，双手把握方向盘上除防滑垫层6之外的地方，通过设置鼓起的边界凸起5以及表面为摩擦颗粒的防滑垫层6，保证不分散注意力的前提下能够增加辨识度，当需要使用识别系统做判断相应时，需要驾驶者双手分别握持于对称设置的两个防滑垫层6上，第一雷达3和第二雷达4的毫米波收发分别对两只手的手势运动信号进行提取记录，在一定的动作差异范围内，对两侧的手势运动轨迹进行差异识别，允许范围内手势图像以数据的形式传递到对应的图像处理部分，图像数据识别手势类型并分析处理后，做出相应的指令判断，最终将该指令传递到手势响应部分输出动作判定，而双手的手势运动轨迹差异较大时，判别为并不执行驾驶者手势输入，即防止出现动作误判的响应现象发生。
基于上述，本发明将手势待识别区域转换至方向盘处，通过在方向盘上的两个防滑垫层6上进行镜像的双手手势识别，实现了手势识别过程中双手不离开方向盘，增强驾驶者在紧急情况下的驾驶安全性，而双手的手势运动轨迹差异较大时，判别为并不执行驾驶者手势输入，即防止出现动作误判的响应现象发生；
通过在方向盘的下方设置换向机构1，摆动摆动块105后先经摄像头2进行初步脸部识别，再经第一雷达3或第二雷达4进一步进行身份确认，能够实现在驾驶者忘记携带车钥匙或者钥匙丢失时，根据另一只手做出的符合指令手势，在车舱外部通过面部识别及手势识别双保险的前提下，进行车门的开启操作。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，包括方向盘，其特征在于，还包括换向机构（1）、摄像头（2）、第一雷达（3）以及第二雷达（4），所述换向机构（1）安装于方向盘的下方，并用于获取及调节车舱内外的待识别区域位置，所述摄像头（2）安装于换向机构（1）上，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的初步判定，所述第一雷达（3）和第二雷达（4）对称安装于换向机构（1）内，以用于车门打开过程驾驶者身份确认的进一步判定，还用于防止出现动作误判的响应现象发生，所述换向机构（1）包括固定座（101）、供能部（102）、扭簧（103）、安装座（104）以及摆动块（105），所述固定座固定于方向盘下的转轴上，所述供能部（102）的下端铰接于固定座（101）上，供能部（102）的上端为开口设置且所述摄像头（2）安装于内部，所述第一雷达（3）和第二雷达（4）对称安装于供能部（102）的两侧，所述扭簧（103）通过安装柱（106）设置于供能部（102）与固定座（101）的铰接处，扭簧（103）的上端抵接于供能部（102）上，扭簧（103）的下端抵接于固定座（101）上，供能部（102）的侧端铰接有转动块（107），所述转动块（107）上连接有钢丝绳（108），所述钢丝绳（108）的另一端固定连接有防水滑杆（109），所述安装座（104）呈“L”形且与防水滑杆（109）滑动连接，所述摆动块（105）铰接于防水滑杆（109）的端部上，所述摆动块（105）上与防水滑杆（109）铰接的侧端呈平面状，摆动块（105）的另一端为弧形弯曲状。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，其特征在于：所述方向盘的上端面设置有两两对称的边界凸起（5），方向盘上于两个相邻的边界凸起（5）之间还设置防滑垫层（6）。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，其特征在于：舱内手势运动轨迹经双手对称识别：
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从下向上，即左手拇指逆时针运动，右手拇指顺时针运动，识别为向上运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为拇指从上向下，即左手拇指顺时针运动，右手拇指逆时针运动，识别为向下运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由收拢至展开运动，识别为向左运动；
当方向盘上的双手的位置信息起始至结束的位置变化为，其余四只手指由展开至收拢运动，识别为向右运动。
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，其特征在于：舱内手势运动轨迹若为单手或双手轨迹不符，则识别为无效判定。
5.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，其特征在于：两个所述防滑垫层（6）分别与第一雷达（3）和第二雷达（4）相对应。
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的手势运动探测系统，其特征在于：所述防水滑杆（109）为耐拉伸材料。
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