一种交通警察手势信号体验教学系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种交通警察手势信号体验教学系统，包括伸缩支架、3D体感摄影机、数据处理设备、显示设备及音响。本发明安装方便，操作简单，体验过程人性化，人机交互过程简单方便，体验者一旦进入体验区域，系统便自动运行。体验者只需根据语音和图像提示完成对应交通指挥手势，系统自动判别体验者动作规范与否。而且当体验者离开体验区域，系统便会自动结束，等待新的体验者进入体验区重新唤醒系统。本发明通过人机交互实现教学目的，注重参与者的临场亲身体验和肢体动作学习模仿，通过观察、学习和模仿等手段让体验者能在较短时间内了解到八个最常用的交通指挥手势，增强体验者的交通法规常识，普及交通安全教育。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通安全领域，尤其涉及一种交通警察手势信号体验教学系统。 一种交通警察手势信号体验教学系统
【背景技术】
[0002] 由于我国经济的快速发展导致汽车数量猛增，交通问题日益严重，交通事故频发， 对人类生命安全造成极大威胁，大中型城市的交通正面临着严峻的考验。其中，多半交通事 故往往都是因为不遵守交通规则所致。众所周知，交通警察手势信号在保障道路交通安全 畅通方面起着重要的作用，儿童和青少年在出行中接触也比较多，认知交通警察手势信号， 提高孩子的安全意识，对儿童的出安全行具有重要的意义。目前普及交通警察手势信号的 方式如下：一、通过课堂书本，照本宣科的教育方式进行普及。该方式枯燥无味，易产生抵触 心理，效果不理想。二、针对儿童和青少年开展一些进课堂学习活动进行普及，但其教育手 段较为单一，课后学生无法对是否掌握了手势信号进行判断。三、建设一些模拟实际道路交 通环境的教育基地进行现场普及。但固定基地建设受用地空间和投资成本的限制，不易推 广。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于通过一种交通警察手势信号体验教学系统，来解决以上背景技 术部分提到的问题。
[0004] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] -种交通警察手势信号体验教学系统，其包括伸缩支架、3D体感摄影机、数据处理 设备、显示设备及音响；所述3D体感摄影机安装于伸缩支架上，与数据处理设备通信连接； 所述伸缩支架放置于显示设备前方，与数据处理设备通信连接；所述显示设备、音响与数据 处理设备通信连接；
[0006] 系统上电启动，所述数据处理设备控制显示设备显示初始设置选项：从八种手势 中选择任意数量的手势，并选择教学模式和测试模式的任一种；3D体感摄影机感应到体验 者进入其探测区域时，分析出人体坐标，输出给数据处理设备；数据处理设备将接收到的所 述人体坐标与预设的最佳坐标进行比较，根据比较结果，向伸缩支架输出升降调节指令；伸 缩支架根据所述升降调节指令将3D体感摄影机调节到最佳的高度和视角，并通过音响提 示体验者准备开始教学或测试；3D体感摄影机实时感应体验者的动作信息，输出给数据处 理设备，数据处理设备将其与交警的标准动作进行对比，若正确，则进行下一手势的学习或 测试，若错误，则重新学习该手势。
[0007] 特别地，所述教学模式具体包括：提示体验者将要学习的手势名称，数据处理设备 控制显示设备播放该手势的分解动作视频，体验者跟着所述手势的分解动作视频进行学习 模仿，3D体感摄影机实时捕获的体验者的动作影像，并通过数据处理设备在显示设备上显 示；学习预设次数后，语音提示体验者按照标准速度跟着所述手势的标准动作视频完成该 动作，3D体感摄影机实时捕获的体验者的动作信息，输出给数据处理设备，数据处理设备将 其与交警的标准动作进行对比，若体验者按照标准速度正确了完成该手势，则学习下一手 势，否则，重新学习该手势。
[0008] 特别地，所述测试模式具体包括：提示体验者将要测试的手势名称，在没有任何提 示的情况下，体验者自己完成所述手势的整个动作，3D体感摄影机实时捕获的体验者的动 作信息，输出给数据处理设备，数据处理设备将其与交警的标准动作进行对比，若正确，且 未超出预设测试时间，则系统语音提示体验者动作正确，进行下一手势的测试，否则，提示 体验者进行该动作的学习，方法同教学模式相同。
[0009] 特别地，所述数据处理设备在预设时间内一直未收到3D体感摄影机探测到体验 者存在的信息时，将控制系统跳转到结束界面，等待下一个体验者。
[0010] 特别地，所述伸缩支架包括控制电路板、电机、伸缩推杆、亚克力底座及亚克力托 盘；所述控制电路板与电机、数据处理设备通信连接，所述3D体感摄影机安装在亚克力托 盘上；数据处理设备通过串口将升降调节指令输出给控制电路板，控制电路板接收该升降 指令，输出驱动电流给电机，电机运转后带动伸缩推杆升降。
[0011] 特别地，所述数据处理设备选用主机；所述显示设备选用液晶显示器。
[0012] 特别地，所述3D体感摄影机选用微软公司的KINECT设备。
[0013] 本发明提出的交通警察手势信号体验教学系统安装方便，操作简单，体验过程人 性化，人机交互过程简单方便。本发明的具体优点如下：一、升降支架实现了自动跟随人体 身高来控制3D体感摄影机的高度，使得3D体感摄影机的摄像头能采集到不同身高的体验 者的最佳人体坐标参数，在很大限度上提高了系统判别体验者所做出的交通指挥手势是否 达标的精确度，而且使本发明可以适应不同身高的使用人群。二、通过人机交互实现教学目 的，注重参与者的临场亲身体验和肢体动作学习模仿，体验者可以通过观察交警的标准动 作视频和自己的动作影像来进行比较，更容易规范自己的肢体动作。不仅可以用于对儿童 和青少年的交通指挥手势知识的普及和教育，同时也能用于成人体验和学习。通过观察、学 习和模仿等手段让体验者能在较短时间内了解到八个最常用的交通指挥手势，增强体验者 的交通法规常识，普及交通安全教育。三、只需在启动系统时设置一次，系统便能长时间独 立运行，无需反复设置与启动。四、系统能够检测体验区域是否有体验者。当有体验者进入 体验区域，系统自动开始进入工作状态。当体验者离开体验区域超过设定时间，系统自动跳 转到结束界面等待下一个体验者，基本实现全程自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例提供的交通警察手势信号体验教学系统安装示意图；
[0015] 图2为本发明实施例提供的伸缩支架的结构示意图；
[0016] 图3为本发明实施例提供的交通警察手势信号体验教学系统结构框图；
[0017]图4为本发明实施例提供的交通警察手势信号体验教学系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具 体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描 述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0019] 请参照图1所示，图中101为伸缩支架，102为3D体感摄影机，103为数据处理设 备，104为显示设备，105为音响，106为墙面，107为地面，108为体验区域的地毯。本实施例 中交通警察手势信号体验教学系统具体包括伸缩支架l〇l、3D体感摄影机102、数据处理设 备103、显示设备104及音响105。所述3D体感摄影机102与数据处理设备103通信连接。 所述伸缩支架101放置于显示设备104前方，与数据处理设备103通信连接。所述显示设备 104、音响105与数据处理设备103通信连接。于本实施例，如图2所示，所述伸缩支架101 由控制电路板201、电机202、伸缩推杆203、亚克力底座204及亚克力托盘205组成。所述 控制电路板201与电机202、数据处理设备103通信连接。所述3D体感摄影机102安装在 亚克力托盘205上。
[0020] 如图3和图4所示，系统上电启动,数据处理设备103控制显示设备104显示初始 设置选项：工作人员从八种手势中选择任意数量的手势，并选择教学模式和测试模式的任 一种；3D体感摄影机102感应到体验者进入其探测区域时，分析出人体坐标，输出给数据处 理设备103 ;数据处理设备103将接收到的所述人体坐标与预设的最佳坐标进行比较，根据 比较结果，通过串口将升降调节指令输出给控制电路板201，控制电路板201接收该升降指 令后，通过信号转换器206转换，控制输出驱动电流给电机202,电机202运转后带动伸缩推 杆203升降，将3D体感摄影机102调节到最佳的1?度和视角，并通过首响105提不体验者 准备开始教学或测试。然后，3D体感摄影机102实时感应体验者的动作信息，输出给数据处 理设备103,数据处理设备103将其与交警的标准动作进行对比，若正确，则进行下一手势 的学习或测试，直至完成所有动作，若错误，则重新学习该手势。另外，当所述数据处理设备 103在预设时间内一直未收到3D体感摄影机102探测到体验者存在的信息时，将控制系统 跳转到结束界面，等待下一个体验者，基本实现全程自动化。在默认情况下不需要经常去修 改设置内容，因此在大多数情况下，若无体验者，系统将在结束界面待机，当有下一位体验 者进入体验区域时，系统直接进入预先设置好的教学或测试模式，所体验的动作内容与预 先设置好的是一样的。如果需要改变设置的动作内容和模式，可在没有体验者的时候，进入 初始设置选项重新设置。
[0021] 所述教学模式具体包括：提示体验者将要学习的手势名称，数据处理设备103控 制显示设备104播放该手势的分解动作视频，体验者跟着所述手势的分解动作视频进行学 习模仿，3D体感摄影机102实时捕获的体验者的动作影像，并通过数据处理设备103在显示 设备104上显示；学习预设次数后，语音提示体验者按照标准速度跟着所述手势的标准动 作视频完成该动作，3D体感摄影机102实时捕获的体验者的动作信息，输出给数据处理设 备103,数据处理设备103将其与交警的标准动作进行对比，若体验者按照标准速度正确了 完成该手势，则学习下一手势，否则，重新学习该手势。在本实施例中所述预设次数设置为 两次，但不局限于此，可根据需要进行调整。
[0022] 所述测试模式具体包括：提示体验者将要测试的手势名称，在没有任何提示的情 况下，体验者自己完成所述手势的整个动作，3D体感摄影机102实时捕获的体验者的动作 信息，输出给数据处理设备103,数据处理设备103将其与交警的标准动作进行对比，若正 确，且未超出预设测试时间，则系统语音提示体验者动作正确，进行下一手势的测试，否则， 提示体验者进行该动作的学习，方法同教学模式相同。其中，所述预设测试时间可以依据实 际需要进行调节。
[0023] 在本实施例中所述数据处理设备103选用主机。所述显示设备104选用液晶显示 器。所述3D体感摄影机102选用微软公司的KINECT for Windows，即KINECT设备。KINECT for Windows是微软发布的一款3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦 克风输入、语音辨识、社区互动等功能。本发明主要运用到了它的彩色图像捕捉和3D图像 捕捉功能。
[0024] 本发明的技术方案人机交互过程简单方便，体验者一旦进入体验区域，系统便自 动运行。体验者只需根据语音和图像提示完成对应交通指挥手势，系统自动判别体验者动 作规范与否。而且当体验者离开体验区域，系统便会自动结束，等待新的体验者进入体验 区重新唤醒系统。本发明安装方便，操作简单，体验过程人性化。本发明的具体优点如下： 一、升降支架实现了自动跟随人体身高来控制3D体感摄影机的高度，使得3D体感摄影机的 摄像头能采集到不同身高的体验者的最佳人体坐标参数，在很大限度上提高了系统判别体 验者所做出的交通指挥手势是否达标的精确度，而且使本发明可以适应不同身高的使用人 群。二、通过人机交互实现教学目的，注重参与者的临场亲身体验和肢体动作学习模仿，体 验者可以通过观察交警的标准动作视频和自己的动作影像来进行比较，更容易规范自己的 肢体动作。不仅可以用于对儿童和青少年的交通指挥手势知识的普及和教育，同时也能用 于成人体验和学习。通过观察、学习和模仿等手段让体验者能在较短时间内了解到八个最 常用的交通指挥手势，增强体验者的交通法规常识，普及交通安全教育。三、只需在启动系 统时设置一次，系统便能长时间独立运行，无需反复设置与启动。四、系统能够检测体验区 域是否有体验者。当有体验者进入体验区域，系统自动开始进入工作状态。当体验者离开体 验区域超过设定时间，系统自动跳转到结束界面等待下一个体验者，基本实现全程自动化。
[0025] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解， 本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、 重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行 了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还 可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1. 一种交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，包括伸缩支架、3D体感摄影机、 数据处理设备、显示设备及音响；所述3D体感摄影机安装于伸缩支架上，与数据处理设备 通信连接；所述伸缩支架放置于显示设备前方，与数据处理设备通信连接；所述显示设备、 音响与数据处理设备通信连接； 系统上电启动，所述数据处理设备控制显示设备显示初始设置选项：从八种手势中选 择任意数量的手势，并选择教学模式和测试模式的任一种；3D体感摄影机感应到体验者进 入其探测区域时，分析出人体坐标，输出给数据处理设备；数据处理设备将接收到的所述人 体坐标与预设的最佳坐标进行比较，根据比较结果，向伸缩支架输出升降调节指令；伸缩 支架根据所述升降调节指令将3D体感摄影机调节到最佳的高度和视角，并通过音响提示 体验者准备开始教学或测试；3D体感摄影机实时感应体验者的动作信息，输出给数据处理 设备，数据处理设备将其与交警的标准动作进行对比，若正确，则进行下一手势的学习或测 试，若错误，则重新学习该手势。
2. 根据权利要求1所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述教学模 式包括：提示体验者将要学习的手势名称，数据处理设备控制显示设备播放该手势的分解 动作视频，体验者跟着所述手势的分解动作视频进行学习模仿，3D体感摄影机实时捕获的 体验者的动作影像，并通过数据处理设备在显示设备上显示；学习预设次数后，语音提示体 验者按照标准速度跟着所述手势的标准动作视频完成该动作，3D体感摄影机实时捕获的体 验者的动作信息，输出给数据处理设备，数据处理设备将其与交警的标准动作进行对比，若 体验者按照标准速度正确了完成该手势，则学习下一手势，否则，重新学习该手势。
3. 根据权利要求2所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述测试模 式包括：提示体验者将要测试的手势名称，在没有任何提示的情况下，体验者自己完成所述 手势的整个动作，3D体感摄影机实时捕获的体验者的动作信息，输出给数据处理设备，数据 处理设备将其与交警的标准动作进行对比，若正确，且未超出预设测试时间，则系统语音提 示体验者动作正确，进行下一手势的测试，否则，提示体验者进行该动作的学习，方法同教 学模式相同。
4. 根据权利要求1至3之一所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述 数据处理设备在预设时间内一直未收到3D体感摄影机探测到体验者存在的信息时，将控 制系统跳转到结束界面，等待下一个体验者。
5. 根据权利要求4所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述伸缩支 架包括控制电路板、电机、伸缩推杆、亚克力底座及亚克力托盘；所述控制电路板与电机、数 据处理设备通信连接，所述3D体感摄影机安装在亚克力托盘上；数据处理设备通过串口将 升降调节指令输出给控制电路板，控制电路板接收该升降指令，输出驱动电流给电机，电机 运转后带动伸缩推杆升降。
6. 根据权利要求5所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述数据处 理设备选用主机；所述显示设备选用液晶显示器。
7. 根据权利要求6所述的交通警察手势信号体验教学系统，其特征在于，所述3D体感 摄影机选用微软公司的KINECT设备。
【文档编号】G06F3/01GK104102351SQ201410360630
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】孙彬, 周波波, 高英杰, 袁小平 申请人:无锡市汇捷科技有限公司