CN204288121U - 一种3d手势识别控制器 - Google Patents

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周松斌
鲁姗丹
李昌
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Abstract

本实用新型涉及一种3D手势识别控制器,包括红外传感阵列模块、信号调理与采集模块、红外LED驱动模块、信号处理模块和输出控制模块;所述红外场传感阵列模块包括红外LED阵列单元、红外传感阵列单元、可见光传感器单元、温度传感器单元;所述红外传感阵列单元、可见光传感器单元、温度传感器单元分别与信号调理与采集模块通讯连接;所述红外LED阵列单元与红外LED驱动模块通讯连接;所述红外LED驱动模块、信号调理与采集模块分别与信号处理模块通讯连接;信号处理模块连接输出控制模块。本实用新型可以进行有效的人机交互,无需直接接触,操作简单,应用广泛。

Description

一种3D手势识别控制器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种3D手势识别控制器,可用于智慧家庭中家居设备控制,工业设备的手势控制,也可作为一种人机交互接口。
背景技术
[0002] 智慧家庭是未来家居的发展趋势,它的人机交互界面将从现有的图形化界面(主要使用于荧屏的视窗与键盘滑鼠的操作方式)发展到实体使用介面,手势识别技术将在智慧家庭中大量应用。
[0003] 传统的人机交互界面设依赖窗口、图标、菜单指示等为用户提供系统输入功能,然而,随着科技的发展,生活质量的提高,人们追求更具吸引力,更自然、舒适的人机交互方式,交互界面从接触式向具备非接触能力的实体使用介面发展。“手势”因其很强的视觉效果,生动、形象、直观的特性,在人机交互中有着举足轻重的重要性。尤其在智能家居,商务办公,娱乐休闲方面手势识别的应用越来越广泛。
[0004] 基于视觉的手势识别方法简便易行;接触式手势识别不受外界环境背景变化的影响,计算量较小,具有更好的实时性,但存在使用不便、成本高等不足。而非接触式手势识别技术较好的解决了使用的兼容性问题并降低了成本,但数据获取精度受多种因素影响,且相应慢。
[0005] 综上所述当前智慧家庭、工业控制,还欠缺简便易行、成本低廉非接触式的手势动作交互装置。
实用新型内容
[0006] 为解决上述中存在的问题与缺陷,本实用新型提供了一种简便易行、成本低廉的3D手势识别控制器,其技术方案如下:
[0007] 一种3D手势识别控制器,包括:红外传感阵列模块、信号调理与采集模块、红外LED驱动模块、信号处理模块和输出控制模块;
[0008] 所述红外场传感阵列模块包括红外LED阵列、红外传感阵列、可见光传感器、温度传感器;
[0009] 所述红外传感阵列单元、可见光传感器单元、温度传感器单元分别与信号调理与采集模块通讯连接;所述红外LED阵列单元与红外LED驱动模块通讯连接;所述红外LED驱动模块、信号调理与采集模块分别与信号处理模块通讯连接;信号处理模块连接输出控制丰旲块。
[0010] 作为优选的,还包括一用于提供工作电源的电源管理模块,电源管理模块与外部电源连接,并分别与红外场传感阵列模块、信号调理与采集模块和信号处理模块连接;所述电源管理模块中还设置有内部蓄电池,可以再使用过程中自行充电,以供在没有外部电源通过蓄电池供电。
[0011] 作为优选的,所述的红外传感阵列单元与信号调理与采集模块通过SPI总线相连。
[0012] 作为优选的,所述红外LED驱动模块包括红外LED驱动阵列。
[0013] 作为优选的,所述信号调理与采集模块包括信号调理单元和A/D转换单元,所述信号调理单元分别与红外传感阵列、可见光传感器、温度传感器和A/D转换单元通讯连接,所述A/D转换单元与信号处理模块通讯连接。
[0014] 作为优选的,所述的红外LED阵列单元由四个红外线发射管组成,四个红外线发射管在同一平面上的呈“十”字形分布。
[0015] 进一步而言,所述的红外传感阵列单元还包括若干个红外接收管,所述若干个红外接收管在所述四个红外线发射管所形成的“十”字中心呈方形阵列排布,组成一红外接收阵列;红外传感阵列单元还包括光学透镜、滤光片和遮光板,所述光学透镜安置在红外接收阵列正上方,所述滤光片覆盖在红外接收阵列的上表面,所述遮光板包围在红外接收阵列四周。
[0016] 进一步而言,所述的信号处理模块为单片机最小系统,包括控制处理器单元和存储单元,信号调理与采集模块可根据需要开闭红外LED驱动模块,实现信号的多种处理过程,还可对其进行扩展,以达到不同场合的需求。
[0017] 进一步而言,所述的输出控制模块为串行端口。
[0018] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:红外LED阵列单元发射的多束红外光被手势反射后进入红外传感阵列单元,用于手势的类型、方向和位置的识别,并通过信号处理模块分析识别手势,这种非接触式操作方式可实现从左到右、从右到左、从前到后、从后到前、从上到下、从下到上六种手势运动姿势的识别,识别结果通过输出控制单元输出到相连的硬件设备中,进行有效的人机交互,无需直接接触,操作简单,应用广泛,同时可见光传感器和温度传感器的信号则用于从实际的红外传感器输出信号补偿、解耦可见光和温度对红外测量的影响。
附图说明
[0019] 图1是本实用新型所述的一种3D手势识别控制器的结构框图;
[0020] 图2是本实用新型的红外场传感阵列模块组成示意图;
[0021]图3是本实用新型的四个红外线发射管呈“十”字分布的示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本实用新型所述的一种3D手势识别控制器作进一步说明。
[0023] 图1示出了一种3D手势识别控制器的结构框图,包括电源管理模块、红外场传感阵列模块、红外LED驱动模块、信号调理与采集模块、信号处理模块和输出控制模块。
[0024] 所述电源管理模块与外部电源连接用于提供工作电源,外部电源可以为交流或直流中的一种或多种,所述电源管理模块还设置有内部蓄电池,可以再使用过程中自行充电,以供在没有外部电源通过蓄电池供电。
[0025] 如图2、图3所示,红外场传感阵列模块包括红外LED阵列单元1、红外传感阵列单元2、可见光传感器单元3、温度传感器单元4 ;红外LED阵列单元I采用的是四个5_的红外线发射管11,在平面呈“十”字形分布;在本实施例中,四个红外线发射管11分别位于一正方形的四个角,总体构成一个“十”字形分布。
[0026] 红外传感阵列单元2由若干个红外接收管21、光学透镜22、滤光片23和遮光板24组成;本实施中,红外接收管21采用亿光电子工业股份有限公司生产的PT11-21C/L41/TR8型红外接收管,在“十”字中心成方形阵列排布,组成一红外接收阵列;光学透镜22安置在红外接受阵列正上方,滤光片23覆盖在红外接收阵列表面,能够有效阻挡非红外线光;遮光板24包围在红外接收阵列四周,防止四个红外线发射管从侧面射向红外接收管21。红外LED阵列单元I发射的多束红外光被手势反射后进入红外传感阵列单元2,用于手势的类型、方向和位置的识别,同时由于红外信号容易受到周围环境光以及温度的影响,可见光传感器3和温度传感器4的信号则用于从实际的红外传感器输出信号补偿、解耦可见光和温度对红外测量的影响。
[0027] 本实施中,所述红外LED驱动模块由红外LED驱动阵列单元I组成,红外LED驱动阵列单元与红外LED阵列单元I相连,用于驱动红外LED阵列单元I。
[0028] 在本实施中,所述红外传感阵列单元2、可见光传感器单元3、温度传感器单元4分别与信号调理与采集模块通讯连接;所述红外LED驱动模块、信号调理与采集模块分别与信号处理模块通讯连接;信号处理模块连接输出控制模块。
[0029] 在本实施中,所述信号调理与采集模块包括信号调理单元和A/D转换单元,用于对红外传感阵列单元、可见光传感器单元和温度传感器单元的输出信号进行整理、滤波、模数转换和采集。
[0030] 在本实施中,所述信号处理模块包括控制处理器单元和存储单元,主要负责对传感信号的解耦计算、手势静态定位与识别,以及动态手势跟踪等,将识别的结果(手势的类型、方向、位置)输出给输出控制模块。
[0031] 输出控制模块负责接收信号处理模块的识别结构,并经过机器学习、识别信息的存储、智能决策后,形成指令输出或电量驱动输出,用于控制相连外设。
[0032] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种3D手势识别控制器,其特征在于,包括:红外传感阵列模块、信号调理与采集模块、红外LED驱动模块、信号处理模块和输出控制模块; 所述红外场传感阵列模块包括红外LED阵列单元、红外传感阵列单元、可见光传感器单元、温度传感器单元; 所述红外传感阵列单元、可见光传感器单元、温度传感器单元分别与信号调理与采集模块通讯连接;所述红外LED阵列单元与红外LED驱动模块通讯连接;红外LED驱动模块、信号调理与采集模块分别与信号处理模块通讯连接;信号处理模块连接输出控制模块。
2.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于:还包括一用于提供工作电源的电源管理模块,电源管理模块与外部电源连接,并分别与红外场传感阵列模块、信号调理与采集模块和信号处理模块连接;所述电源管理模块中还设置有内部蓄电池。
3.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于,所述的红外传感阵列单元和信号调理与采集模块通过SPI总线相连。
4.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于:所述红外LED驱动模块由红外LED驱动阵列组成。
5.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于:所述信号调理与采集模块包括信号调理单元和A/D转换单元,所述信号调理单元分别与红外传感阵列、可见光传感器、温度传感器和A/D转换单元通讯连接,所述A/D转换单元与信号处理模块通讯连接。
6.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于:所述的红外LED阵列单元包括四个红外线发射管,四个红外线发射管在同一平面上呈“十”字形分布。
7.根据权利要求6所述的3D手势识别控制器,其特征在于:所述的红外传感阵列单元还包括若干个红外接收管,所述若干个红外接收管在所述四个红外线发射管所形成的“十”字中心呈方形阵列排布,组成一红外接收阵列;红外传感阵列单元还包括光学透镜、滤光片和遮光板,所述光学透镜安置在红外接收阵列正上方,所述滤光片覆盖在红外接收阵列的上表面,所述遮光板包围在红外接收阵列四周。
8.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于,所述的信号处理模块为单片机最小系统,包括控制处理器单元和存储单元。
9.根据权利要求1所述的3D手势识别控制器,其特征在于,所述的输出控制模块为串行端口。
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