一种无线数据手套建模及手势动作识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线数据手套建模及手势动作识别方法，特别涉及一种基于弯曲传感器的无线数据手套建模及手势动作识别方法。
【背景技术】
[0002]随着社会生活的发展和计算机科学和技术水平的不断提高，用户与计算机的人机交互方式日益受到重视，成为科研领域的重要方向。在人机交互中，人们正试图摆脱以计算机为中心的交互模式转向以人为中心的交互方式，从用户去适应计算机的工作方式向计算机去适应用户的自然需求转变。
[0003]手势作为一种自然直观的交流方式广泛应用在日常生活中。手势作为人与人交流的重要媒介，包含了生动而富足的信息。因此，手势识别作为人机交互的一个分支，以其具有自然性，简单丰富性，直接性等特点，逐渐成为人们研究的热点。手势识别技术按照采集信息的不同可以分为基于视觉的手势识别技术和基于数据手套的手势识别技术:基于视觉的手势识别技术是指通过摄像头获取手部动作信息经过特定的算法分析达到解析手势信息的目的；基于数据手套的识别技术则是通过加速度传感器，陀螺仪等传感器设备采集手型以及手部的运动信息，经过特定的算法分析来达到分析手势的目的。基于视觉的手势识别技术起步早，理论相对来说也比较成熟，但是该技术对外部环境依赖大，算法复杂，实时性相对来说较差。而基于数据手套手势识别技术则不受外部环境影响，算法相对来说简单，并且实时性较高。然而，目前佩戴型数据手套主要面向高端应用，市场普及率并不高，制约其发展的缺陷可概括为以下几点:
[0004]1、价格问题:随着动作捕捉和动画产品需求不断增大，为数据手套的应用带来了良好的市场前景，但一套手势的动作捕捉系统动辄3-5万，使得一些电影制作及爱好者望而却步。目前，佩戴型数据手套主要面向科研及学术研究领域，价格成为制约市场普及的关键因素。
[0005]2、佩戴及操作舒适性问题:虽然一些产品采用了无线操作方式，但与计算机的通讯连接仍采用传统的有线传输方式，数据线的缠绕限制了操作者施展动作，而一些价格较高的产品虽然可以采用无线的方式实现操作及通讯，但需要在手臂或腰部配套额外的接收装备，佩戴不方便。另外，多数的手套产品的操作时间为4-6小时，当电池耗尽后需要充电，这也为操作带来一定的不便。
[0006]3、系统的集成性和开放性问题:出于技术保护等不同原因，目前几乎所有的数据手套厂商将软硬件接口都封闭起来，只有采用其专有的SDK开发套件才能完成工作，虽然接口封闭使操作者不用关心接口的细节，简化了操作，但开发者无法深入了解接口背后的的内容，也无法脱离厂商自由定制所需的操作。
【发明内容】
[0007]发明的目的在于克服现有技术之不足，针对低成本数据手套的开发需求，基于弯曲传感器及ZigBee无线传感器的采集、传输特性及物理尺寸，给出了在普通手套上进行多传感器配置的原型设计方法，并开发了与之相适应的电路布线及弯曲传感器标定方法。该发明兼具实用性和经济性，能够填补目前市场对于低成本无线数据手套产品的应用需求。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种无线数据手套建模及手势动作识别方法，包括:手套、弯曲传感器、微控制器、电池模块、无线传输模块和无线接收模块；
[0009]所述手套为双层结构，所有电路均设置在手套的双层结构之间；在手套的五个指套的背部的分别设有一弯曲传感器，每一弯曲传感器的输出端分别与微控制器相连；所述微控制器固定在手套背部至手套腕部的中心位置；所述无线传输模块与微控制器相连，所述无线传输模块固定于手套手心靠近腕部的中心位置；所述电池模块与微控制器相连；所述无线接收模块与PC设备相连。
[0010]所述弯曲传感器根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备；所述电池模块为整个电路供电。
[0011]优选的，所述微控制器采用Arduino LilyPad控制板；所述无线传输模块采用LilyPad XBee ;所述弯曲传感器采用单向弯曲传感器FLX-03A。
[0012]优选的，所述Arduino LilyPad控制板的2号和3号引脚分别与LilyPad XBee的tx引脚和rx引脚连接，用于采集弯曲传感器的数据；所述每一指套上的弯曲传感器的输出端与Arduino LilyPad控制板的模拟信号输入引脚相连；所述弯曲传感器的输出端还分别连接有一 10kΩ的电阻，所述10kΩ电阻的另一端用可导电的金属缝纫线与ArduinoLilyPad控制板的正极及LilyPad XBee的正极相连；所述10k Ω电阻用缝纫线缝制在手套手掌部中间位置，等间距排列。
[0013]优选的，所述无线数据手套通过数据信息转换、手势特征提取、手势对比分析三个步骤实施手势的识别。
[0014]优选的，所述数据信息转换是通过微处理器对弯曲传感器传输的数据进行处理，转换为弯曲角度、加速度、旋转角度的数据。
[0015]优选的，所述手势特征提取是微处理器根据不同手势处理得出的不同弯曲角度、加速度、旋转角度的数据提取特征数据。
[0016]优选的，所述手势对比分析是处理器根据提取的特征数据与标准数据进行比对以识别当前手势。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018](1)在保证基本的手势动作捕捉功能前提下，显著降低系统成本，能够填补目前市场对于低成本无线数据手套产品的应用需求。
[0019](2)手套上集成了接口板和控制板，操作者身上无需佩戴额外的装置，控制指令通过无线通讯的方式，佩戴舒适。
[0020](3)系统软硬件接口开源，开放了用户接口，使开发人员可自由定制特定的应用操作。
[0021](4)与手套对应的手势特征提取及手势识别方法操作简单、方便可行。
[0022]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种无线数据手套建模及手势动作识别方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的手套系统框架；
[0024]图2 是 ArduinoLilypad USB 实体图(正反面)；
[0025]图3 是 ArduinoLilypad USB 电路原理图；
[0026]图4是XBee无线通信模块实体大小；
[0027]图5是XBee模块无线通信系统原理结构图；
[0028]图6是用于识别的手势模板；
[0029]图7是成功识别的两个手势；
[0030]图8是手套的布线实际操作图；
[0031 ] 图9是成功识别的两个手势示意图。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
[0033]参见图1至图9所示，本发明的一种无线数据手套建模及手势动作识别方法，包括:
[0034]手套、弯曲传感器、微控制器、电池模块、无线传输模块和无线接收模块；
[0035]所述手套为双层结构，所有电路均设置在手套的双层结构之间；在手套的五个指套的背部的分别设有一弯曲传感器，每一弯曲传感器的输出端分别于微控制器相连；所述微控制器固定在手套背部至手套腕部的中心位置；所述无线传输模块与微控制器相连，所述无线传输模块固定于手套手心靠近腕部的中心位置；所述电池模块与微控制器相连；所述无线接收模块与PC设备相连。
[0036]所述弯曲传感器根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备；所述电池模块为整个电路供电。
[0037]更进一步，所述微控制器采用Arduino LilyPad控制板；所述无线传输模块采用LilyPad XBee ;所述弯曲传感器采用单向弯曲传感器FLX-03A。
[0038]更进一步，所述Arduino LilyPad控制板的2号和3号引脚分别与LilyPad XBee的tx引脚和rx引脚连接，用于采集弯曲传感器的数据；所述每一指套上的弯曲传感器的输出端与Arduino LilyPad控制板的模拟信号输入引脚相连；所述弯曲传感器的输出端还分别连接有一 10kΩ的电阻，所述10kΩ电阻的另一端用可导电的金属缝纫线与ArduinoLilyPad控