一种手指弯曲程度检测装置及方法与流程

本发明涉及手势动作捕捉
技术领域：
，具体涉及一种手指弯曲程度检测装置及方法。
背景技术：
：手势动作是人们与外界进行交互的重要手段，人们用手势动作来表达思想，感知客观世界。随着虚拟现实技术的发展，虚拟手作为一种自然、高效的人机交互方式，已经得到了广泛的应用，同时，在人体运动捕获系统中，应用高效的数据手套可以更加细腻地捕获手势动作参数，大大提高人体运动捕获系统细致化程度和拓宽应用范围。在虚拟环境中，数据手套是一种重要的人机交互设备，它能实时获取手部动作信息，在虚拟环境中完成捕获、操纵、交流等功能。目前的数据手套是利用弯曲传感器测量出手指的弯曲角度，并输出相应的电压信号，进而识别手势动作，其问题在于，受弯曲传感器检测精度的影响，现有的数据手套存在着动作信息捕获精度较低、难以测出手指细微弯曲角度的问题。技术实现要素：本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺点，提供一种动作信息捕获精度较高、可以测出手指细微弯曲角度的手指弯曲程度检测装置及方法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种手指弯曲程度检测装置，包括：手套本体，可供用户穿戴，具有手掌部、手腕部和五指部，所述手腕部和所述五指部分别连接于所述手掌部的相对的两侧，所述五指部包括小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套；发光组件，设于所述五指部且位于所述手套本体的掌心一侧，所述发光组件包括多个分别布置于所述小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套的发光器件；摄像单元，位于所述手套本体的掌心一侧,所述摄像单元的镜头朝向所述五指部所在的一侧，所述摄像单元用户摄录所述发光组件的动态图像。处理单元，设于所述手腕部，且位于所述手套本体的掌心一侧，分别电性连接多个所述发光器件和所述摄像单元，接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹。采用上述手指弯曲程度检测装置，使用者佩戴上所述手套本体后，使用者的手指运动时会带动所述手套本体的五指部运动，设置在所述五指部上的发光器件也会随着运动，所述摄像单元可以摄录到每一个所述发光器件的动态图像，所述处理单元则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹。后续，所述处理单元可以将所述位置变化轨迹传输至然后具有数据分析处理能力的计算机，从而得出使用者的手指弯曲程度。由于所述摄像单元可以实时的捕捉到所述发光器件的细微移动，因此，通过所述摄像单元摄录所述发光器件的动态图像来获取使用者手指的弯曲变化的方式相比现有技术中采用的弯曲传感器来获取使用者手指的弯曲变化的方式更加的精确、更能够捕捉到使用者手指细微的弯曲动作。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述发光组件包括14个分别设于所述小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套的发光器件；所述小指套、所述无名指套、所述中指套和所述食指套上分别设有3个所述发光器件，所述拇指套上设有2个所述发光器。通过上述改进，将14个所述发光器件合理的分布在所述小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套上，使得所述发光器件的动态图像能够分别反应使用者五个手指的弯曲变化。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述小指套上的3个所述发光器件分别布置在所述小指套的指尖处、所述小指套的第二关节的上侧和所述小指套的第二关节的下侧；所述无名指套上的3个所述发光器件分别布置在所述无名指套的指尖处、所述无名指套的第二关节的上侧和所述无名指套的第二关节的下侧；所述中指套上的3个所述发光器件分别布置在所述中指套的指尖处、所述中指套的第二关节的上侧和所述中指套的第二关节的下侧；所述食指套上的3个所述发光器件分别布置在所述食指套的指尖处、所述食指套的第二关节的上侧和所述食指套的第二关节的下侧。通过上述改进，我们通过合理的布置利用尽可能少的所述发光器件来准确的反应出使用者的小指、无名指、中指和食指的弯曲变化。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述小指套上的2个分别位于所述小指套的第二关节的上侧和所述小指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色不同；所述无名指套上的2个分别位于所述无名指套的第二关节的上侧和所述无名指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色不同；所述中指套上的2个分别位于所述中指套的第二关节的上侧和所述中指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色不同；所述食指套上的2个分别位于所述食指套的第二关节的上侧和所述食指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色不同。通过上述改进，以所述小指套为例，由于所述小指套上的第二关节的上侧和下侧的发光器件相隔距离比较小而不易区分，通过将第二关节的上侧和下侧的发光器件的发光颜色设置成不同的颜色，可以帮助所述摄像单元有效的区分第二关节的上侧和下侧的发光器件。综上，以上改进带来的好处在于，对于所述小指套上的第二关节的上侧和下侧的发光器件、所述无名指套上的第二关节的上侧和下侧的发光器件、所述中指套上的第二关节的上侧和下侧的发光器件以及所述食指套上的第二关节的上侧和下侧的发光器件可以通过颜色进行有效区分，防止混淆。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述小指套上的2个分别位于所述小指套的指尖处和所述小指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色相同；所述无名指套上的2个分别位于所述无名指套的指尖处和所述无名指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色相同；所述中指套上的2个分别位于所述中指套的指尖处和所述中指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色相同；所述食指套上的2个分别位于所述食指套的指尖处和所述食指套的第二关节的下侧的发光器件的发光颜色相同。通过上述改进，这样设置可以有效测量所述小指套、所述无名指套、所述中指套和所述食指套的活动范围最大的指尖位置。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述拇指套上的2个所述发光器件分别布置在所述拇指套的指尖处和所述拇指套的第一关节的下侧。通过上述改进，我们通过合理的布置利用尽可能少的所述发光器件来准确的反应出使用者的拇指的弯曲变化。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述拇指套上的2个所述发光器件的发光颜色相同。通过上述改进，这样设置可以有效测量所述拇指套的活动范围最大的指尖位置。在本发明提供的手指弯曲程度的检测装置中，所述小指套上的2个分别位于所述小指套的指尖处和所述小指套的第二关节的下侧的发光器件、所述无名指套上的2个分别位于所述无名指套的指尖处和所述无名指套的第二关节的下侧的发光器件、所述中指套上的2个分别位于所述中指套的指尖处和所述中指套的第二关节的下侧的发光器件、所述食指套上的2个分别位于所述食指套的指尖处和所述食指套的第二关节的下侧的发光器件、以及所述拇指套上的2个所述发光器件的发光颜色为红色。通过上述改进，所述小指套、所述无名指套、所述中指套、所述食指套和所述拇指套上的指尖处的发光器件容易被所述摄像单元识别到，防止其他邻近的发光器件对它产生干扰，进一步确保每一个指套的活动范围最大的指尖位置被有效的检测到。相应的，本发明还提供了一种手指弯曲程度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：佩戴如上所述的手指弯曲程度的检测装置；处理单元控制摄像单元启动；处理单元控制多个所述发光器件依次亮起，并根据多个所述发光器件亮起的先后顺序对多个所述发光器件进行标引；手套本体在佩戴着的操作下运动；摄像单元摄录多个所述发光器件随所述手套本体运动而形成的动态图像；处理单元接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹，并通过有线或无线的方式将所述位置变化轨迹发送至一具有数据分析处理能力的计算机。通过采用上述手指弯曲程度检测方法，由于所述摄像单元可以实时的捕捉到所述发光器件的细微移动，因此，通过所述摄像单元摄录所述发光器件的动态图像来获取使用者手指的弯曲变化的方式相比现有技术中采用的弯曲传感器来获取使用者手指的弯曲变化的方式更加的精确、更能够捕捉到使用者手指细微的弯曲动作。在本发明提供的手指弯曲程度的检测方法中，还包括如下步骤：处理单元控制消失于所述摄像单元的摄录范围后又重新被所述摄像单元摄录到的多个所述发光器件依次闪烁。通过上述改进，当测量过程中有发光器件被遮挡导致该发光器件消失于摄像单元摄录的画面内时，重新进入所述摄像单元的摄录画面的发光器件会在所述处理单元的控制下进行依次闪烁，从而确认每个发光器件的标引信息，防止混淆。与现有技术相比，实施本发明提供的手指弯曲程度的检测装置，具有如下有益效果：所述手指弯曲程度检测装置，包括：手套本体，可供用户穿戴，具有手掌部、手腕部和五指部，所述手腕部和所述五指部分别连接于所述手掌部的相对的两侧，所述五指部包括小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套；发光组件，设于所述五指部且位于所述手套本体的掌心一侧，所述发光组件包括多个分别布置于所述小指套、无名指套、中指套、食指套和拇指套的发光器件；摄像单元，位于所述手套本体的掌心一侧,所述摄像单元的镜头朝向所述五指部所在的一侧，所述摄像单元用户摄录所述发光组件的动态图像。处理单元，设于所述手腕部，且位于所述手套本体的掌心一侧，分别电性连接多个所述发光器件和所述摄像单元，接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹。采用上述手指弯曲程度检测装置，使用者佩戴上所述手套本体后，使用者的手指运动时会带动所述手套本体的五指部运动，设置在所述五指部上的发光器件也会随着运动，所述摄像单元可以摄录到每一个所述发光器件的动态图像，所述处理单元则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹。后续，所述处理单元可以将所述位置变化轨迹传输至然后具有数据分析处理能力的计算机，从而得出使用者的手指弯曲程度。由于所述摄像单元可以实时的捕捉到所述发光器件的细微移动，因此，通过所述摄像单元摄录所述发光器件的动态图像来获取使用者手指的弯曲变化的方式相比现有技术中采用的弯曲传感器来获取使用者手指的弯曲变化的方式更加的精确、更能够捕捉到使用者手指细微的弯曲动作。附图说明图1为本发明较佳实施例中手指弯曲程度检测装置的掌心一侧的示意图；图2为本发明较佳实施例中手指弯曲程度检测装置的使用状态参考图。具体实施方式中的附图标号说明：手套本体1发光器件2摄像单元3处理单元4手掌部11手腕部12五指部13小指套131无名指套132中指套133食指套134拇指套135具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，为本发明提供的手指弯曲程度检测装置的较佳实施例。所述手指弯曲程度检测装置包括手套本体1、发光组件、摄像单元3和处理单元4。所述手套本体1可供使用者穿戴，具有手掌部11、手腕部12和五指部，所述手腕部12和所述五指部分别连接于所述手掌部11的相对的两侧，所述五指部包括小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134和拇指套135。应当理解的是，所述手套本体1可采用具有弹性的橡胶材料制成，以适合不同人群的手部佩戴，而且满足舒适度需求。所述发光组件设于所述五指部，且位于所述手套本体1的掌心一侧，所述发光组件包括多个分别布置于所述小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134和拇指套135的发光器件2。具体的，所述发光组件包括14个分别设于所述小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134和拇指套135的发光器件2；所述小指套131、所述无名指套132、所述中指套133和所述食指套134上分别设有3个所述发光器件2，所述拇指套135上设有2个所述发光器。按以上方式将14个所述发光器件2合理的分布在所述小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134和拇指套135上，使得所述发光器件2的动态图像能够分别反应使用者五个手指的弯曲变化。本领域技术人员应当理解的是，所述发光器件2可以是任意的通电可发光的电子元器件，例如，led灯。在本实施例中，为了利用尽可能少的所述发光器件2来准确的反应出使用者的小指、无名指、中指、食指以及拇指的弯曲变化，我们采用如下方式将14个所述发光器件2分别布置在所述小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134以及拇指套135上：所述小指套131上的3个所述发光器件2分别布置在所述小指套131的指尖处、所述小指套131的第二关节的上侧和所述小指套131的第二关节的下侧；所述小指套131上的3个所述发光器件2的中心位于同一直线上，且所述小指套131的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述小指套131的指尖处的所述发光器件2之间的距离大于所述小指套131的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述小指套131的第二关节的下侧的所述发光器件2之间的距离；所述无名指套132上的3个所述发光器件2分别布置在所述无名指套132的指尖处、所述无名指套132的第二关节的上侧和所述无名指套132的第二关节的下侧；所述无名指套132上的3个所述发光器件2的中心位于同一直线上，且所述无名指套132的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述无名指套132的指尖处的所述发光器件2之间的距离大于所述无名指套132的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述无名指套132的第二关节的下侧的所述发光器件2之间的距离；所述中指套133上的3个所述发光器件2分别布置在所述中指套133的指尖处、所述中指套133的第二关节的上侧和所述中指套133的第二关节的下侧；所述中指套133上的3个所述发光器件2的中心位于同一直线上，且所述中指套133的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述中指套133的指尖处的所述发光器件2之间的距离大于所述中指套133的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述中指套133的第二关节的下侧的所述发光器件2之间的距离；所述食指套134上的3个所述发光器件2分别布置在所述食指套134的指尖处、所述食指套134的第二关节的上侧和所述食指套134的第二关节的下侧；所述食指套134上的3个所述发光器件2的中心位于同一直线上，且所述食指套134的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述食指套134的指尖处的所述发光器件2之间的距离大于所述食指套134的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述食指套134的第二关节的下侧的所述发光器件2之间的距离；所述拇指套135上的2个所述发光器件2分别布置在所述拇指套135的指尖处和所述拇指套135的第一关节的下侧；所述拇指套135上的3个所述发光器件2的中心位于同一直线上，且所述拇指套135的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述拇指套135的指尖处的所述发光器件2之间的距离大于所述拇指套135的第二关节的上侧的所述发光器件2与所述拇指套135的第二关节的下侧的所述发光器件2之间的距离。需要解释的是，在本申请文件中，我们将最接近指尖的指关节视为第一关节，将与所述第一关节相邻的指关节视为所述第二关节。另外，所述发光器件2与所述手套本体1之间可以通过胶粘剂进行连接。所述处理单元4设于所述手腕部12，且位于所述手套本体1的掌心一侧。具体的，所述处理单元4为一个具有图像分析处理能力的单片机或中央处理器，所述处理单元4可以通过胶粘剂连接至所述手套本体1的手腕部12。另外，所述处理单元4还通过内置于所述手套本体1内的导线分别与14个所述发光器件2电性连接。所述摄像单元3位于所述手套本体1的掌心一侧，所述摄像单元3的镜头朝向所述五指部所在的一侧。具体的，所述摄像单元3可以采用高性能cmos相机。所述摄像单元3与所述处理单元4电性连接，且直接安装于所述处理单元4的朝向所述五指部的一侧，以便于所述摄像单元3的镜头摄录到布置于所述五指部上的14个所述发光器件2。工作状态下，所述摄像单元3用户摄录14个所述发光器件2的动态图像，所述处理单元4则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件2的位置变化轨迹。下面介绍使用所述手指弯曲程度检测装置来测量使用者手指弯曲程度的使用方法。所述方法包括如下步骤：1)佩戴所述手指弯曲程度的检测装置(参见图2)；2)处理单元4控制摄像单元3启动；3)处理单元4控制多个所述发光器件2依次亮起，并根据多个所述发光器件2亮起的先后顺序对多个所述发光器件2进行标引；4)手套本体1在佩戴着的操作下运动；5)摄像单元3摄录多个所述发光器件2随所述手套本体1运动而形成的动态图像；6)处理单元4接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件2的位置变化轨迹，并通过有线或无线的方式将所述位置变化轨迹发送至一具有数据分析处理能力的计算机。通过所述计算机最终得出使用者的手指弯曲程度。综上所述，采用上述手指弯曲程度检测装置，使用者佩戴上所述手套本体1后，使用者的手指运动时会带动所述手套本体1的五指部运动，设置在所述五指部上的发光器件2也会随着运动，所述摄像单元3可以摄录到每一个所述发光器件2的动态图像，所述处理单元4则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件2的位置变化轨迹。后续，所述处理单元4可以将所述位置变化轨迹传输至然后具有数据分析处理能力的计算机，从而得出使用者的手指弯曲程度。由于所述摄像单元3可以实时的捕捉到所述发光器件2的细微移动，因此，通过所述摄像单元3摄录所述发光器件2的动态图像来获取使用者手指的弯曲变化的方式相比现有技术中采用的弯曲传感器来获取使用者手指的弯曲变化的方式更加的精确、更能够捕捉到使用者手指细微的弯曲动作。制得一提的是，在上述测量过程中还可能包括如下步骤：处理单元4控制消失于所述摄像单元3的摄录范围后又重新被所述摄像单元3摄录到的多个所述发光器件2依次闪烁。如此一来，当测量过程中有发光器件2被遮挡导致该发光器件2消失于摄像单元3摄录的画面内时，重新进入所述摄像单元3的摄录画面的发光器件2会在所述处理单元4的控制下进行依次闪烁，从而确认每个发光器件2的标引信息，防止混淆。为了确保在上述测量过程中，所述摄像单元3能够有效的区分同一指套上的两者之间距离较近的两个所述发光器件2，在本实施例中，所述小指套131上的2个分别位于所述小指套131的第二关节的上侧和所述小指套131的第二关节的下侧的发光器件2的发光颜色不同；所述无名指套132上的2个分别位于所述无名指套132的第二关节的上侧和所述无名指套132的第二关节的下侧的发光器件2的发光颜色不同；所述中指套133上的2个分别位于所述中指套133的第二关节的上侧和所述中指套133的第二关节的下侧的发光器件2的发光颜色不同；所述食指套134上的2个分别位于所述食指套134的第二关节的上侧和所述食指套134的第二关节的下侧的发光器件2的发光颜色不同。具体的，每一个指套上的第二关节的上侧的发光器件2的发光颜色设置为绿色、第二关节的下侧的发光器件2的发光颜色设置为红色。为了保证所述摄像单元3能够有效测量所述小指套131、所述无名指套132、所述中指套133、所述食指套134和所述拇指套135的活动范围最大的指尖位置。本实施例中，所述小指套131上的2个分别位于所述小指套131的指尖处和所述小指套131的第二关节的下侧的发光器件2、所述无名指套132上的2个分别位于所述无名指套132的指尖处和所述无名指套132的第二关节的下侧的发光器件2、所述中指套133上的2个分别位于所述中指套133的指尖处和所述中指套133的第二关节的下侧的发光器件2、所述食指套134上的2个分别位于所述食指套134的指尖处和所述食指套134的第二关节的下侧的发光器件2、以及所述拇指套135上的2个所述发光器件2的发光颜色为红色。需要说明的是，红色是所述摄像单元3最容易识别的颜色，如此，所述小指套131、所述无名指套132、所述中指套133、所述食指套134和所述拇指套135上的指尖处的发光器件2容易被所述摄像单元3识别到，防止其他邻近的发光器件2对它产生干扰，进一步确保每一个指套的活动范围最大的指尖位置被有效的检测到。综上所述，实施本发明提供的手指弯曲程度检测装置及方法具有至少以下有益效果：1、采用上述手指弯曲程度检测装置，使用者佩戴上所述手套本体1后，使用者的手指运动时会带动所述手套本体1的五指部运动，设置在所述五指部上的发光器件2也会随着运动，所述摄像单元3可以摄录到每一个所述发光器件2的动态图像，所述处理单元4则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件2的位置变化轨迹。后续，所述处理单元4可以将所述位置变化轨迹传输至然后具有数据分析处理能力的计算机，从而得出使用者的手指弯曲程度。由于所述摄像单元3可以实时的捕捉到所述发光器件2的细微移动，因此，通过所述摄像单元3摄录所述发光器件2的动态图像来获取使用者手指的弯曲变化的方式相比现有技术中采用的弯曲传感器来获取使用者手指的弯曲变化的方式更加的精确、更能够捕捉到使用者手指细微的弯曲动作。2、将14个所述发光器件2合理的分布在所述小指套131、无名指套132、中指套133、食指套134和拇指套135上，利用尽可能少的所述发光器件2来准确的反应出使用者的拇指、小指、无名指、中指和食指的弯曲变化。3、对于所述小指套131上的第二关节的上侧和下侧的发光器件2、所述无名指套132上的第二关节的上侧和下侧的发光器件2、所述中指套133上的第二关节的上侧和下侧的发光器件2以及所述食指套134上的第二关节的上侧和下侧的发光器件2通过发光颜色进行有效区分，防止混淆。4、将每一指套的指尖处的所述发光器件2的发光颜色设置为红色，可以有效测量所述小指套131、所述无名指套132、所述中指套133、所述食指套134和所述拇指套135的活动范围最大的指尖位置。5、当测量过程中有发光器件2被遮挡导致该发光器件2消失于摄像单元3摄录的画面内时，重新进入所述摄像单元3的摄录画面的发光器件2会在所述处理单元4的控制下进行依次闪烁，从而确认每个发光器件2的标引信息，防止混淆。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。当前第1页12