基于手势编码与译码的动态无线手势识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于人机交互中手势识别技术领域，特别是一种识别概率高、可靠性好的 基于手势编码与译码的动态无线手势识别方法。
【背景技术】
[0002] 在智能机器人、智能电视、智能手机、电脑、游戏机、智能汽车、智能家居等各种领 域，使用动态手势以无线方式操作计算机成为新型的人机交互方式。
[0003] 现有动态无线手势识别方式包括穿戴式和裸手手势识别系统，如文献"B.Raj，K. Kalgaonkar,C.Harrison,andP.Dietz,UltrasonicDopplersensinginHCI，IEEE PervasiveComputing，vol. 11，no. 2,pp. 24-29,Feb. 2012" 所述。穿戴式系统需穿戴包含 加速度计、磁力计等传感器的手套来识别手势，使用不方便。裸手手势识别系统使用非物理 接触方式与机器交互，不需穿戴特殊手套来识别手势，使用方便。最常见的实现手段是视觉 (光波）、超声波、无线电波识别系统。
[0004] 视觉手势系统系统利用摄像头拍摄图像并识别手势，但存在如下局限：1、识别距 离近，距离增加则摄像头拍摄的图像效果变差；2、系统需要持续光照，在黑暗中系统失效； 3、对光变化敏感，一般不适用移动或室外环境；4、人一机间需要视距传播，摄像头和人间不 能有阻挡物；5、摄像头可能侵犯用户隐私。
[0005] 无线电波及超声波裸手手势识别技术具有诸多优势：
[0006] (1).无需穿戴设备，使用便捷。
[0007] (2).可实现较远距离手势控制。
[0008] (3).受温度、亮度等环境因素影响小。可在黑暗、室外环境使用。
[0009] (4).可在非视距环境工作。
[0010] (5).不影响用户的隐私。
[0011] 具体参考"S.Gupta,D.Morris,S.Patel,andD.Tan,Soundwave:usingthe dopplereffecttosensegestures,ProceedingsoftheSIGCHIConferenceon HumanFactorsinComputingSystems,May05-10,2012,Austin，Texas，USA，2012"、 "F.AdibandD.Katabi,SeethroughwallswithWi-Fi!ProceedingsoftheACM SIGC0MM2013conferenceonSIGC0MM，August12-16,2013,HongKong，China，2013"、 "Q.Pu，S.Gupta，S.Gollakota，andS.Patel,Whole-homegesturerecognitionusing wirelesssignals,ACMInternationalConferenceonMobileComputingand Networking(M0BI⑶M)，2013"、"F.Adib，Z.Kabelac，D.Katabi，andR.C.Miller，3D trackingviabodyradioreflections，UsenixNSDI，2014"和"B.Kellogg，V.Talla，and S.Gollakota,Bringinggesturerecognitiontoalldevices，UsenixNSDI，2014"。
[0012] 但在无线电波及超声波所处的无线信道中，实现手势的正确识别面临一系列挑 战，包括：
[0013](1).信道环境影响：无线信道中存在干扰、衰落、多径等诸多不利因素，增加了无 线手势识别系统的误识别概率。
[0014] (2).手势设计影响：当前手势设计处于一种〃一系统一方法〃的状态，缺乏系统 性的可靠设计方法。要设计区分度大的手势集合，使得集合中即使距离最小的两个手势也 能区分，通常比较困难。这是手势误识别的内在原因。
[0015] (3).操控者影响：手势由人完成，人可能误操作，从而导致错误的手势命令。
[0016] 另一方面，在许多应用中，对误识别概率低的可靠手势识别技术需求迫切，如军事 或反恐中拆弹机器人控制、军用飞机起降指挥、智能汽车控制等。因此，对高可靠性手势识 别的迫切需求和手势识别结果不可靠间存在矛盾。
[0017] 总之，现有技术存在的问题是：识别概率不够高，不能满足高可靠性手势控制的需 求，通用性不强。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提供一种基于手势编码与译码的动态无线手势识别方法，识别 概率高，可靠性好，通用性强。
[0019] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于手势编码与译码的动态无线手势识 别方法，包括如下步骤：
[0020] 10)构造基本手势集：根据多个基本手势，构造基本手势集；
[0021] 20)基本手势离线训练：对基本手势集中每个基本手势，多次检测经其反射的发 射机所发射的信号，得出每个基本手势的特征，存储所有基本手势的特征，建立基本手势特 征库；
[0022] 30)手势编码：将基本手势编码成与手势控制命令相对应的命令手势，构造所述 命令手势包括基本手势组合编码、检错编码和纠错编码；
[0023] 40)待检命令手势信号获取：发射机发射信号，接收机接收经命令手势反射的信 号，得到待检命令手势信号；
[0024] 50)命令手势信号识别：将待检命令手势信号分成多个子手势，每个子手势对应 一个未知的基本手势，通过各子手势识别实现命令手势信号识别，所述各子手势识别为检 测各个子手势的信号特征，将各子手势特征依次与基本手势特征做对比，找出与各子手势 相匹配的基本手势，这些基本手势依次组合，构成待检命令手势信号判决结果；
[0025] 60)手势信号译码：对待检手势信号判决结果进行检错译码和纠错译码，得到与 待检手势信号对应的手势控制命令。
[0026] 本发明与现有技术相比，其显著优点：识别概率高，可靠性好，通用性强。
[0027] 上述优点是通过以下方法达到的：
[0028]1、简化手势种类：只用少数几种基本手势，并充分利用通信中编码理论，即可构造 其他手势，避免了手势量大时繁琐的手势训练过程；当基本手势集合中的手势数目少时，容 易构造基本手势使手势集最小距离（即距离最小的两个手势间的距离）较大；而手势间最 小距离越大，误判概率越小；
[0029] 2、提高通用性：手势组合编码和检错、纠错编码独立于具体的系统（例如超声 波、无线电、多普勒或信号幅度），具有普适性；
[0030] 3、偶然的基本手势误判可纠正：手势数字化后，可使用数字通信中纠错编码技术， 当无线信道衰落、干扰的影响或人为误操作，导致基本手势判决中出现偶尔的误判时，可纠 正误判，保证正确的手势识别。
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明基于手势编码与译码的动态无线手势识别方法流程图。
[0033] 图2a为三进制的基本手势示意图（手势0)。
[0034] 图2b为三进制的基本手势示意图（手势1)。
[0035] 图2c为三进制的基本手势示意图（手势2)。
[0036] 图3a为三进制等长编码模式下一种特定手势的组合编码示意图。
[0037] 图3b为三进制等长编码模式下一种特定手势的检错编码示意图。
[0038] 图3c为三进制等长编码模式下一种特定手势的纠错编码示意图。
[0039] 图4a为识别九种手势命令的三进制非等长编码的编码表。
[0040] 图4b为识别九种手势命令的三进制非等长编码的检错译码示意图。
[0041] 图5a为识别九种手势命令的三进制非等长编码的的编码表。
[0042] 图5b为识别九种手势命令的三进制非等长编码的纠错译码示意图。
【具体实施方式】
[0043] 如图1所示，本发明基于手势编码与译码的动态无线手势识别方法，包括如下步 骤：
[0044] 10)构造基本手势集：根据多个基本手势，构造基本手势集；
[0045] 所述多个基本手势