專利名稱：一種基于紅外的3d手勢(shì)識(shí)別控制器及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器及實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及一種用于智能家居、工業(yè)控制的手勢(shì)識(shí)別控制器及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
智慧家庭是未來家居的發(fā)展趨勢(shì)，它的人機(jī)交互界面將從現(xiàn)有的圖形化界面(主要使用于熒屏的視窗與鍵盤滑鼠的操作方式)發(fā)展到實(shí)體使用介面，手勢(shì)識(shí)別技術(shù)將在智慧家庭中大量應(yīng)用；接觸式手勢(shì)識(shí)別不受外界環(huán)境背景變化的影響，計(jì)算量較小，具有更好的實(shí)時(shí)性，但存在使用不便、成本高等不足。而非接觸式手勢(shì)識(shí)別技術(shù)較好的解決了使用的兼容性問題并降低了成本，但數(shù)據(jù)獲取精度受多種因素影響，且相應(yīng)慢?；谝曈X的手勢(shì)識(shí)別方法簡便易行，設(shè)備成本低廉，非接觸式的手勢(shì)動(dòng)作采集方式使交互的自然性得到較大改善。但由于視覺的不確定性，使得它具有依賴于攝像機(jī)觀測(cè)的視角，對(duì)背景、環(huán)境變換的適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。綜上所述當(dāng)前智慧家庭、工業(yè)控制，還欠缺簡便易行、成本低廉非接觸式的手勢(shì)動(dòng)作交互裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器及實(shí)現(xiàn)方法。所述技術(shù)方案如下一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，包括發(fā)射單元、接收單元、控制處理單元和輸出單元；所述發(fā)射單元，由紅外線激發(fā)器組成；接收單元，用于接收紅外線光射到控制器前端的手反射后的紅外線，并根據(jù)反射的紅外線的強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元；控制處理單元，用于輪流開閉所述發(fā)射單元，并根據(jù)接收單元的信息換算各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離；及根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，并將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單元輸出。一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，包括輪流開閉各發(fā)射單元；將紅外線反射到控制器前端的手反射后的紅外線到接收單元，并根據(jù)接收到的紅外線強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元；根據(jù)接收到的信息換算各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離，并根據(jù)各時(shí)間點(diǎn)的各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)；將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單兀輸出。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
通過組發(fā)射單元和接收單元的合理分布，并結(jié)合控制處理單元的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)射單元和接收單元數(shù)量乘數(shù)的紅外線反射點(diǎn)；通過控制處理單元實(shí)時(shí)采集各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)紅外線碰到手產(chǎn)生的紅外線反射點(diǎn)的距離，實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的3D動(dòng)作識(shí)別；手運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)包括且不僅包括從左到右、從右到左、從前到后、從后到前、從上到下、從下到上，操控簡單，特別適合現(xiàn)有智慧家庭人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)電視、照明、風(fēng)扇和空調(diào)等設(shè)備的控制，且該控制器車本低廉。


圖1是基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器結(jié)構(gòu)圖；圖2是基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器俯視圖；圖3是基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別原理圖；圖4是基于紅外的3D識(shí)別手勢(shì)圖；圖5是基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法流程圖；圖6是手運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)左向右識(shí)別應(yīng)用實(shí)例具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述本實(shí)施例提供了一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器結(jié)構(gòu)，參見圖1，控制器I包括發(fā)射單元2、接收單元3、控制處理單元4和輸出單元5 ;所述發(fā)射單元，由紅外線激發(fā)器6組成；接收單元，用于接收紅外線光射到控制器前端的手反射后的紅外線，并根據(jù)反射的紅外線的強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元；控制處理單元，用于輪流開閉所述發(fā)射單元，并根據(jù)接收單元的信息換算各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離；及根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，并將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單元輸出。上述根據(jù)接收單元的信息換算各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離的換算過程為接收單元先形成的是電壓值，電壓值跟接收單元到反射點(diǎn)的距離有線性關(guān)系，從而可計(jì)算接收單元到反射點(diǎn)的距離。如接收單元到反射點(diǎn)的距離a邊、反射點(diǎn)到控制器的距離b邊也就是反射點(diǎn)到接收單元和反射單元中心連線中點(diǎn)的距離、接收單元到中心連線中點(diǎn)距離c邊，三邊距離是一個(gè)直角三邊形，由于知道a、c邊，就可以計(jì)算b邊。所述發(fā)射單元和接收單元至少包括兩組。上述接收單元由光接收器7、帶小孔隔板8和濾光片9組成。上述控制處理單元連接各個(gè)紅外線激光器、光接收器及輸出單元，輸出單元通過總線、IO端口、無線通訊等輸出手勢(shì)識(shí)別結(jié)果。上述紅外線激發(fā)器可以是光電二級(jí)管，也可以是紅外發(fā)射二級(jí)管，用于發(fā)射激發(fā)器所發(fā)射的紅外線波長。光接收器可以是光電傳感器，也可以是光敏點(diǎn)阻，用于接收紅外線，并根據(jù)紅外線強(qiáng)度輸出不同的電壓值。帶小孔隔板只讓紅外線光從該小孔通過。濾光片用于過濾截止紅外線激發(fā)器發(fā)射紅外線波長以外的光線，只允許通過激發(fā)器所發(fā)射的紅外線波長。參見圖2，上述發(fā)射單元2和接收單元3分布于同一平面上，但位于不同的直線上，并對(duì)稱分布于控制器四個(gè)方向的邊上。參見圖3，發(fā)射單元開啟后，紅外線激發(fā)器發(fā)出紅外線光，紅外線光射到控制器前端的手反射后(即紅外線反射點(diǎn)31)，反射的紅外線經(jīng)過濾光片、帶小孔隔板到達(dá)光接收器。帶小孔隔板只讓紅外線光從小孔通過，保證了紅外線反射點(diǎn)位于發(fā)射單元和接收單元中心連線中點(diǎn)32的垂直上方。濾光片用于過濾截止其它光線，只允許通過激發(fā)器所發(fā)射的紅外線波長；光接收器用于接收紅外線，保證了可根據(jù)紅外線反射強(qiáng)度得到不同的電壓值，且不受外面照明光線的影響。上述光接收器將電壓值送到控制處理單元，由于紅外線反射點(diǎn)到光接收器的距離跟紅外線反射強(qiáng)度有影響關(guān)系，所以根據(jù)不同的電壓值換算紅外線反射點(diǎn)到光接收器的距離，再結(jié)合該紅外線反射點(diǎn)所在發(fā)射單元和接收單元的直線距離換算紅外線反射點(diǎn)到控制器(即發(fā)射單元和接收單元中心連線中點(diǎn))的距離。每個(gè)發(fā)射單元和至少兩個(gè)接收單元可得到兩個(gè)中心連線中點(diǎn)，每個(gè)發(fā)射單元分別和其它各個(gè)接收單元產(chǎn)生一個(gè)反射點(diǎn)，即有兩個(gè)紅外線反射點(diǎn)，控制器至少有兩個(gè)發(fā)射單元，所以總共得到至少四個(gè)紅外線反射點(diǎn)，即紅外線反射點(diǎn)的數(shù)量是發(fā)射單元的數(shù)量與接收單元數(shù)量的乘數(shù)。參見圖4，手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)最少包括從左到右a、從右到左b、從前到后c、從后到前d、從上到下e、從下到上f。本實(shí)施例還提供了一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括輪流開閉各發(fā)射單元；將紅外線反射到控制器前端的手反射后的紅外線到接收單元，并根據(jù)接收到的紅外線強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元；根據(jù)接收到的信息換算各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離，并根據(jù)各時(shí)間點(diǎn)的各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)；將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單兀輸出。上述發(fā)射單元輪流開閉，即每次每時(shí)間點(diǎn)只開一個(gè)發(fā)射單元，其它關(guān)閉。控制處理單元每隔一個(gè)時(shí)間段開閉各個(gè)發(fā)射單元，同時(shí)得到各個(gè)接收單元的信息。參見圖6，以手勢(shì)從左到右為例描述控制器的實(shí)現(xiàn)方法，時(shí)刻A，控制處理單元得到四個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離，左邊兩個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離為X，右邊兩個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離為無限遠(yuǎn)(由于沒有反射)。時(shí)刻B，控制處理單元得到四個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離，右邊兩個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離為X，左邊兩個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離為無限遠(yuǎn)(由于沒有反射)。由此，控制處理單元可明顯判斷手勢(shì)從左到右運(yùn)動(dòng)。同理，從右到左b、從前到后C、從后到前d、從上到下e、從下到上f都可以判斷出來。通過獲取更多時(shí)刻的信息，可以更準(zhǔn)確判斷手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)。
上述發(fā)射單元或接收單元的分布可以有多種方法；手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)可以更多種。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述控制器包括發(fā)射單元、接收單元、控制處理單元和輸出單元；所述 發(fā)射單元，由紅外線激發(fā)器組成； 接收單元，用于接收紅外線光射到控制器前端的手反射后的紅外線，并根據(jù)反射的紅外線的強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元； 控制處理單元，用于輪流開閉所述發(fā)射單元，并根據(jù)接收單元的信息換算各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離； 及 根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，并將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單元輸出；所述紅外線反射點(diǎn)的數(shù)量是發(fā)射單元的數(shù)量與接收單元數(shù)量的乘數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述接收單元由光接收器、帶小孔隔板和濾光片組成；所述 光接收器，用于接收紅外線，并根據(jù)紅外線強(qiáng)度輸出不同的電壓值； 帶小孔隔板，用于讓紅外線通過小孔； 濾光片，用于過濾截止紅外線激發(fā)器發(fā)射紅外線波長以外的光線，只允許通過激發(fā)器所發(fā)射的紅外線波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述發(fā)射單元和接收單元至少包括兩組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述發(fā)射單元和接收單元分布于同一平面的不同直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述紅外線反射點(diǎn)位于發(fā)射單元和接收單元中心連線中點(diǎn)的垂直上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器，其特征在于，所述手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)包括從左到右、從右到左、從前到后、從后到前、從上到下和從下到上。
7.一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括 輪流開閉各發(fā)射單元； 將紅外線反射到控制器前端的手反射后的紅外線到接收單元，并根據(jù)接收到的紅外線強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元； 根據(jù)接收到的信息換算各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離，并根據(jù)各時(shí)間點(diǎn)的各紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)； 將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單元輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述發(fā)射單元和接收單元至少包括兩組；其中，發(fā)射單元，由紅外線激發(fā)器組成；接收單元由光接收器、帶小孔隔板和濾光片組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，發(fā)射單元和接收單元分布于同一平面的不同直線上，紅外線反射點(diǎn)位于發(fā)射單元和接收單元中心連線中點(diǎn)的垂直上方。
10.根據(jù)權(quán)利7所述的基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)包括從左到右、從右到左、從前到后、從后到前、 從上到下和從下到上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外的3D手勢(shì)識(shí)別控制器及實(shí)現(xiàn)方法，控制器包括發(fā)射單元、接收單元、控制處理單元和輸出單元；發(fā)射單元，由紅外線激發(fā)器組成；接收單元，用于接收紅外線光射到控制器前端的手反射后的紅外線，并根據(jù)反射的紅外線的強(qiáng)度變換成信息發(fā)送到控制處理單元；控制處理單元，用于輪流開閉所述發(fā)射單元；并根據(jù)接收單元的信息換算各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離；及根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)紅外線反射點(diǎn)到控制器的距離判斷控制器前端的手的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，并將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果通過輸出單元輸出。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的3D動(dòng)作識(shí)別并輸出結(jié)果，包括手的從左到右、從右到左、從前到后、從后到前、從上到下、從下到上；使用簡便易行，成本低廉。
文檔編號(hào)G06F3/01GK103019385SQ20121056377
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者周松斌, 黃可嘉, 吳熠銘 申請(qǐng)人:廣東省自動(dòng)化研究所