一种人体动作的检测和识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种人体动作的检测和识别方法，利用声波的多普勒效应，向待测人体发出一定频率的超声波，将人体的特定部位建模成由多个不同部位通过关节铰接在一起的模型，通过接收移动的人体部位反射回来的频率信号，进一步计算人体发出的动作信号，再经过超声解码算法将动作信号转化的对应的人体识别动作。本发明具有识别精度高，识别区域宽的特点，可以用在多人互动的环境中；且可以满足光线昏暗,能见度低的测试环境中动作识别要求。
【专利说明】
-种人体动作的检测和识别方法
技术领域
[0001] 本发明设及计算机人机互交技术领域，具体为一种人体动作的检测和识别方法。
【背景技术】
[0002] 电影电视历史悠久，已经深入人们的生活，影视创新的巨大效益和产业价值为人 所共知，有非常多的成功典范。同时，计算机技术的迅猛发展给电影电视带来了巨大的冲 击。利用计算机技术，人们开始追求影视上的互动。观众与影片的互动将给影视技术带来一 场革命，产生真正意义上的互动电影和互动电视，从传统的"让观众去看"，升华到"观众自 己去看"。近年来，各种特效、专业的动感座椅和互动游戏设备应用到影院环境中，电影情节 结合各种特技效果发展，使观众在观看动感影院的影片时能够获得视觉、听觉、触觉、嗅觉 等全方位的感受，让观众身临其境。实质上，影院观众的互动是属于人机交互的范畴。人通 过人机界面向计算机输入指令，计算机经过处理后把输出结果呈现给用户。人和计算机之 间输入和输出的形式是多种多样的，因此互动的形式也是多样化的。而影院环境又有其特 殊性，一方面，电影放映时光线比较暗，能见度比较差，另一方面，电影的同时观影人数比较 多，要实现观众群体与电影节目之间的互动存在一定的难度。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在能见度低且观影人数众多的环 境下，实现人体动作的检测和识别的方法，使终端设备能够感应到观众动作的方向和距离， 在不影响观众观看影片的情况下，实现对观众动作的有效识别，W便及时的响应和反馈，最 终实现影院环境下友好的人机交互功能。技术方案如下：
[0004] -种人体动作的检测和识别方法，包括
[0005] 1)设置超声波发射装置和接收装置，使超声波发射装置向待测人体发出频率为ft 的超声波；
[0006] 2)将人体的特定部位建模成由N个不同部位通过关节较接在一起的模型，则发射 出的超声波在t时刻经第i个部位反射后到达接收装置的接收频率fi(t)为：
[0007]
[0008] 其中，C表示声音在空气中的速度;Vi表示第i个部位的移动速度；
[0009] 3)则接收到的人体发出的动作信号d(t)为：
[0010]
[0011] 其中，ai(t)表示第i个部位的反射信号幅度；(61为第i个部位的相位校正参数；丫 表示环境背景反射系数，为定值；
[0012] 4)用超声解码算法将上述信号d(t)转化为对应的人体识别动作。
[0013] 进一步的，所述超声波发射频率ft为20曲Z W上。
[0014] 更进一步的，应用于互动影视中时，将所述超声波发射装置和接收装置固定在前 排座椅的靠背上，发射方向设置为对应的后排观众方向。
[0015] 更进一步的，所述人体的特定部位为手部、下肢或头部。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] (1)本发明采用一对一的超声波检测物体运动的方法，具有识别精度高，识别区域 宽(理论可达360°)的特点，可W用在多人互动的环境中；
[0018] (2)本发明适用于互动影视在，识别过程不影响观众的正常观影，同时影院声音也 不会对识别造成影响，可W满足光线昏暗，能见度低的影院环境中动作识别要求。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明人体动作的检测和识别方法的原理示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。本发明主要利用了声波的多 普勒效应，即声波在遇到移动物体时，它的频率将产生相位上的移动，且频移与声源频率和 物体的运动速度成正比。基于运些，可W确定出移动物体的大小、速度和运动方向。原理图 如图1所示，向被测者手部发射超声波，当向前挥动手臂时，其反射的声波频率增大;而向后 挥动手臂时，其反射的声波频率减小，通过检测反射的声波信号即可识别出具体的动作。
[0021] 本实施例为应用在互动影视中，将超声波发射装置和接收装置固定在前排座椅的 靠背上，发射方向设置为对应的后排观众方向。可W选择观众的上肢、下肢或头部等特定部 位作为动作检测进和识别的对象。
[0022] 发射装置W固定的频率发出超声波，当观众没有任何动作发生时，接收装置接收 到的频率不会发生变化。当观众的动作发生变化时，超声波接收装置将会检测到多普勒频 移。运种频率移动与观众动作之间的关系可W利用下述公式进行求解：
[0023]
[0024] 式中，fr表示接收端的接收频率;ft表示发射端的发射频率;C表示声音在空气中的 速度;V表示观众动作的速度。
[0025] 基于W上计算得到的接收频率，W及额外定义的与观众和传感器距离相关的反射 系数，可W计算得到观众不同动作(如挥手、摇头等)产生的各种接收信号。
[00%]在本实施例中，超声波的频率设定为20kHz W上，运是因为一方面运种频率的声 波，人耳是听不到的，完全不影响观众正常的观看影片，另一方面，运种高频率的超声波在 检测物体运动时，可W得到更大的频移，所W更便于检测。当采用20曲Z的声源时，经过快速 傅里叶变换W后，没有动作发生时的主音频率带宽为80化。当频移带宽超过4个频点时，就 可W认为有动作发生。
[0027]本实施例中将观众的手部动作作为检测和识别的对象。同时将人手建模成由N(N >1)个不同部位通过关节较接在一起的模型，比如手指、手掌和手腕等，不同部位因为移动 速度不同，会产生不同的接收频率。则发射出的超声波在t时刻经第i个部位反射后到达接 收装置的接收频率fi(t)为：
[002引
[0029] 其中，Vi表示第i个部位的移动速度。
[0030] 那么，接收到的人体发m的动作信号d(t)为：
[0031]
[0032] 其中，aiU)表不巧i个部位的反射信号幅度，数值大小与该部位和传感器的距离 息息相关；4功第i个部位的相位校正参数;ai(t)和(61通过将第i个部位的反射信号进行 傅里叶变换得到；T表示环境背景反射系数，此系数在给定的设备测试环境中为固定值。
[0033] 由W上公式计算得到的d(t)光谱合成结果能够精确地反映出观众的不同动作。本 实施例利用超声解码算法将上述信号d(t)转化为对应的人体识别动作，如手部向上挥动、 向下挥动、向左挥动、向右挥动、向前挥动和向后挥动等。
【主权项】
1. 一种人体动作的检测和识别方法，其特征在于，包括 1) 设置超声波发射装置和接收装置，使超声波发射装置向待测人体发出频率为ft的超 声波； 2) 将人体的特定部位建模成由N个不同部位通过关节铰接在一起的模型，则发射出的 超声波在t时刻经第i个部位反射后到达接收装置的接收频率h(t)为：其中，C表示声音在空气中的速皮;Vi霍不弟1个部怔的秒功速度； 3) 则接收到的人体发出的动作信号d (t)为：其中，ai(t)表示第i个部位的反射信号幅度；Φ i为第i个部位的相位校正参数；γ表示 环境背景反射系数，为定值； 4) 用超声解码算法将上述信号d(t)转化为对应的人体识别动作。2. 根据权利要求1所述的人体动作的检测和识别方法，其特征在于，所述超声波发射频 率ft为20kHz以上。3. 根据权利要求1所述的人体动作的检测和识别方法，其特征在于，应用于互动影视中 时，将所述超声波发射装置和接收装置固定在前排座椅的靠背上，发射方向设置为对应的 后排观众方向。4. 根据权利要求1所述的人体动作的检测和识别方法，其特征在于，所述人体的特定部 位为手部、下肢或头部。
【文档编号】G06F3/01GK105955466SQ201610263890
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】陈楷民, 肖朝, 黄戈, 王家福, 戈文, 戈文一, 汪归归, 王晟, 李炜
【申请人】四川川大智胜软件股份有限公司, 四川大学