手势识别系统、方法及电子设备与流程

1.本技术涉及雷达技术领域，具体而言，本技术涉及一种手势识别系统、方法及电子设备。


背景技术：

2.手势识别是实现非接触式人机交互的重要方式，机器端通过对手势进行识别并转换为指令，从而根据操作者的手势进行响应以实现人机交互。
3.实现手势识别的方式很多，其中基于雷达测距技术是实现手势识别的方式之一。但目前的高精度雷达系统的结构和算法均较为复杂，成本较高。


技术实现要素：

4.本技术针对现有方式的缺点，提出一种手势识别系统、方法及电子设备，用于解决现有技术中高精度雷达系统的结构和算法均较为复杂，成本较高的技术问题。
5.第一个方面，本技术实施例提供了一种手势识别系统，该手势识别系统包括：
6.天线阵列，包括多个毫米波雷达收发器，所述收发器被配置为发射至少一组测距信号并接收被目标物体反射的回波信号；
7.数据获取单元，被配置为获取所述回波信号并对所述回波信号进行缓存；
8.处理单元，被配置为对缓存的所述回波信号进行处理以获得所述目标物体的移动信息，并以所述目标物体的移动信息作为手势信息。
9.可选地，所述收发器包括：发射器，被配置为根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号并作为所述测距信号进行发送，所述可调参数包括调频脉冲信号的脉冲个数和/或相邻脉冲之间的时间间隔；接收器，被配置为接收各所述发射器发送的所述测距信号的回波信号。
10.可选地，相邻所述收发器之间的距离d大于λ，λ为典型信号的波长。
11.可选地，各所述发射器被配置为以并发方式发送所述测距信号；或者，各所述发射器被配置为以轮询方式发送所述测距信号。
12.可选地，所述发射器包括：序列生成器，所述序列生成器被配置为根据所述可调参数生成调频脉冲信号作为所述测距信号；发射天线，被配置为将所述测距信号进行发送。
13.可选地，所述接收器包括：接收天线，被配置为接收各所述发射器发送的所述测距信号的回波信号。
14.可选地，，所述数据获取单元，包括：
15.低噪放模块，被配置为对所述回波信号进行放大处理以获得低噪回波信号；
16.混频模块，被配置为接收所述测距信号和所述低噪回波信号，并对所述测距信号和所述低噪回波信号进行混频处理以获得混频信号；
17.滤波模块，被配置为对所述混频信号进行滤波处理以获得滤后回波信号；
18.放大模块，被配置为对所述滤后回波信号进行放大处理以获得放大回波信号；
19.采样模块，被配置为对所述放大回波信号进行采样；
20.缓存器，被配置为对采用后的所述大回波信号进行缓存。
21.可选地，所述处理单元包括：
22.第一处理模块，被配置为对缓存的所述回波信号进行离散傅里叶变换以获得回波距离信息；
23.第二处理模块，被配置为对多个连续的所述回波距离信息进行多普勒变换以获得回波速度信息；
24.手势分析模块，被配置为根据所述回波速度信息进行分析以获得所述目标物体的移动信息。
25.第二个方面，本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的手势识别系统。
26.第三个方面，本技术实施例提供了一种该手势识别方法，该手势识别方法包括：
27.发射至少一组测距信号并接收被目标物体反射的回波信号；
28.获取所述回波信号并对所述回波信号进行缓存；
29.对缓存的所述回波信号进行处理以获得所述目标物体的移动信息，并以所述目标物体的移动信息作为手势信息。
30.可选地，发射至少一组测距信号并接收被目标物体反射的回波信号，包括：
31.发射器根据操作者输入的可调参数发送调频脉冲信号作为所述测距信号，所述可调参数包括调频脉冲信号的脉冲个数和/或相邻脉冲之间的时间间隔；
32.接收器接收各所述发射器发送的所述测距信号的回波信号。
33.可选地，发射器根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号并作为所述测距信号进行发送，包括：
34.各所述发射器根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号以作为所述测距信号，并以并发方式或者以轮询方式将所述测距信号进行发送。
35.可选地，获取所述回波信号并对所述回波信号进行缓存，包括：
36.对所述回波信号进行放大处理以获得低噪回波信号；
37.接收所述测距信号和所述低噪回波信号，并对所述测距信号和所述低噪回波信号进行混频处理以获得混频信号；
38.对所述混频信号进行滤波处理以获得滤后回波信号；
39.对所述滤后回波信号进行放大处理以获得放大回波信号；
40.为对所述放大回波信号进行采样，并对采用后的所述大回波信号进行缓存。
41.可选地，对缓存的所述回波信号进行处理以获得所述目标物体的移动信息，包括：
42.对缓存的所述回波信号进行离散傅里叶变换以获得回波距离信息；
43.对多个连续的所述回波距离信息进行多普勒变换以获得回波速度信息；
44.根据所述回波速度信息进行分析以获得所述目标物体的移动信息。
45.本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：
46.(1)本技术实施例提供的手势识别系统、方法及电子设备，天线阵列的结构简单，采用毫米波雷达收发器，结构简单、体积小，成本低，该手势识别系统能够较为简单地实现手势识别且识别率较高。
47.(2)本技术实施例提供的手势识别方法、方法及电子设备，采用离散傅里叶变换获取距离信息，具有高效、快速的优点，能够简化手势识别的算法，且能够获得准确的手势信息。
48.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
49.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
50.图1为本技术实施例提供的一种手势识别系统的结构示意图；
51.图2为本技术实施例提供的手势识别系统中天线阵列的结构示意图；
52.图3为本技术实施例提供的手势识别系统的局部结构示意图；
53.图4为本技术实施例提供的手势识别系统中的一种处理单元的结构示意图；
54.图5为本技术实施例提供的手势识别系统中的另一种处理单元的结构示意图；
55.图6为本技术实施例提供的一种手势识别方法的流程示意图；
56.图7为本技术实施例提供的手势识别方法中步骤s1的流程示意图；
57.图8为本技术实施例提供的手势识别方法中步骤s2的流程示意图；
58.图9为本技术实施例提供的手势识别方法中步骤s3的流程示意图；
59.图10为本技术实施例提供的一种电子设备的框架结构示意图。
60.附图标记：
61.1-天线阵列；11-收发器；111-发射器；1111-序列生成器；1112-发射天线；112-接收器；1121-接收天线；
62.2-数据获取单元；21-低噪放模块；22-混频模块；23-滤波模块；24-放大模块；25-采样模块；26-缓存器；
63.3-处理单元；31-第一处理模块；32-第二处理模块；33-手势分析模块；34-数模转换器；35-峰值检测模块；36-二值化模块；37-数据编码模块；38-求和模块；39-数据剔除模块；
64.1000-电子设备；100-手势识别系统；200-显示屏。
具体实施方式
65.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
66.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
67.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
68.手势识别是实现非接触式人机交互的重要方式，机器端通过对手势进行识别并转换为指令，从而根据操作者的手势进行响应以实现人机交互。实现手势识别的方式很多，其中基于雷达测距技术是实现手势识别的方式之一。但目前的高精度雷达系统的结构和算法均较为复杂，成本较高。
69.本技术提供了手势识别系统、方法及电子设备，旨在解决上述技术问题。
70.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
71.本技术实施例提供了一种手势识别系统100，如图1和图2所示，本实施例中的手势识别系统100包括天线阵列1、数据获取单元2和处理单元3。
72.天线阵列1包括多个毫米波雷达收发器11，收发器11被配置为发射至少一组测距信号并接收被目标物体反射的回波信号。
73.数据获取单元2被配置为获取回波信号并对回波信号进行缓存。
74.处理单元3被配置为对缓存的回波信号进行处理以获得目标物体的移动信息，并以该目标物体的移动信息作为手势信息。
75.具体地，在本技术中，“目标物体”为操作者的手，由于操作者的手在不同手势下对测距信号的反射作用不同，因此接收到的回波信号也不同，因此对回波信号进行分析能够获得手势信息。
76.具体地，如图2所示，收发器11包括发射器111和接收器112。发射器111被配置为根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号并作为测距信号进行发送，可调参数包括调频脉冲信号的脉冲个数和/或相邻脉冲之间的时间间隔。接收器112被配置为接收各发射器111发送的测距信号的回波信号。
77.如图2所示，在具体实施时，发射器111和接收器112的个数可根据具体的需求进行设定，并且可调参数可根据具体的使用环境进行调整。例如，当该手势识别系统100应用于体积较大且精度要求较高的电子设备(以大尺寸人机交互显示设备为例)时，由于能够用于容纳天线阵列1的空间较为充裕，因此可设置数量较多的发射器111和接收器112；当该手势识别系统100应用于体积较小的电子设备(以手机为例)时，用于容纳天线阵列1的空间有限，因此应兼顾发射器111和接收器112的数量与精度。
78.具体地，如图2所示，收发器11可以为多片单发单收毫米波雷达芯片，也可以是单片多发多收毫米波雷达芯片，例如iwr6843芯片。毫米波雷达芯片的集成度较高，有利于小型化，毫米波雷达输入输出毫米波雷达，是工作在毫米波波段(millimeter wave)的雷达。通常毫米波的频域为30ghz～300ghz，波长为1mm～10mm。
79.毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。并且毫米波芯片具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。另外，毫米波的抗干扰能力也具有优势，毫米波雷达能分辨识别体积小的目标，而且能同时识别多个目标。
80.具体地，如图2所示，相邻收发器11之间的距离d大于λ，λ为典型信号的波长。需要说明的是，“典型信号”是指发射器发射的测距信号，也就是λ为测距信号的波长，在不同的应用环境中，“典型信号”的波长有所不同，相邻收发器11之间的距离d需要根据具体的应用环境进行调整。
81.需要说明的是，虽然图2所示的阵列天线中相邻收发器11之间的距离均为d，即相邻收发器11之间的距离相等，但根据具体的应用环境，相邻收发器11之间的距离也可以不同。
82.本实施例提供的手势识别系统100，天线阵列1的结构简单，采用毫米波雷达收发器，结构简单、体积小，成本低，该手势识别系统100能够较为简单地实现手势识别且识别率较高。
83.可选地，如图2所示，本实施例提供的手势识别系统100中，各发射器111被配置为根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号以作为为测距信号，并以并发方式或轮询方式进行发送。
84.具体地，并发方式是指各发射器111同时进行测距信号的发送，而轮询方式是指各发射器111按照设定次序轮流发送测距信号。
85.可选地，如图3所示，本实施例提供的手势识别系统100中，发射器111包括序列生成器1111和发射天线1112，序列生成器1111被配置为根据可调参数生成调频脉冲信号作为测距信号；发射天线1112被配置为将测距信号进行发送。
86.具体地，序列生成器1111生成调频脉冲信号，在一个具体的实施例中，可以采用频率调制连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)，fmcw的回波信号频率与发出的测距信号的频率的变化规律相同，都是三角波规律，只是回波信号和测距信号之间有一个时间差，利用这个时间差能够计算出目标物体的距离。
87.可选地，如图3所示，本实施例提供的手势识别系统100中，接收器112包括接收天线1121，接收天线1121被配置为接收各发射器111发送的测距信号的回波信号。
88.可选地，如图3所示，本实施例提供的手势识别系统100中，数据获取单元2包括低噪放模块21、混频模块22、滤波模块23、放大模块24、采样模块25和缓存器26。
89.低噪放模块21被配置为对回波信号进行放大处理以获得低噪回波信号；混频模块22被配置为接收测距信号和低噪回波信号，并对测距信号和低噪回波信号进行混频处理以获得混频信号；滤波模块23被配置为对混频信号进行滤波处理以获得滤后回波信号；放大模块24被配置为对滤后回波信号进行放大处理以获得放大回波信号；采样模块25被配置为对放大回波信号进行采样；缓存器26被配置为对采样后的放大回波信号进行缓存。
90.需要说明的是，上述数据获取单元2除了必须包括混频模块22、采样模块25和缓存器26外，可以仅包括上述低噪放模块21、滤波模块23和放大模块24中一个或两个，也就是根据不同的应用环境以及精度需要，可以仅采用低噪放、滤波以及信号放大中的部分处理。
91.可选地，如图4所示，本实施例提供的手势识别系统100中，处理单元3包括第一处理模块31、第二处理模块32和手势分析模块33。
92.第一处理模块31被配置为对缓存的回波信号进行离散傅里叶变换以获得回波距离信息；第二处理模块32被配置为多个连续的回波距离信息进行多普勒变换以获得目标物体的速度信息；手势分析模块33被配置为根据回波速度信息进行分析以获得目标物体的移
动信息。
93.具体地，距离信息是指目标物体与天线阵列1的距离，离散傅里叶变换具有高效、快速的优点，能够简化手势识别的算法。并且利用多普勒变换用于获得目标物体的速度信息，再用目标物体的速度信息进行分析从而获得目标物体的移动信息，该方法算法简单，且能够获得准确的手势信息。
94.具体地，如图5所示，本实施例提供的手势识别系统100中，处理单元3还包括数模转换器34、峰值检测模块35、二值化模块36、数据编码模块37、求和模块38和数据剔除模块39。其中，数模转换器34与第一处理模块31电连接，第一处理模块31与第二处理模块32电连接，第二处理模块32与峰值检测模块35电连接，峰值检测模块35与二值化模块36电连接，二值化模块36与数据编码模块37电连接，数据编码模块37与求和模块38电连接，求和模块38与数据提出剔除模块电连接，数据剔除模块39与手势识别模块电连接。
95.具体地，数模转换器34用于将数据获取单元2获得的数字形式的回波信号转换为模拟形式的回波信号，之后模拟形式的回波信号经过第一处理模块31和第二处理模块32的处理之后，再经过峰值检测、二值化、数据编码、求和以及数据剔除等处理，再进行手势识别分析，能够获得更为准确的分析结果。
96.以图2所示的天线阵列1为例，该天线阵列1包括3组收发器11，这3组收发器11采用轮询方式发射测距信号，具体地，这3组收发器11按照如下序列进行轮询发射：(1)、(2)、(3)、(2)、(1)、(2)、(3)，或者(3)、(2)、(1)、(2)、(3)、(2)、(1)，或者(1)、(2)、(3)、(1)、(2)、(3)，或者(3)、(2)、(1)、(3)、(2)、(1)等。
97.而缓存的回波信号则需要进行如下处理：离散傅里叶变换，用来获得回波信号的距离信息；多普勒变换，用于获取目标物体的速度信息，同时能够去除近端的静态回波干扰；峰值检测，检测正向波束范围内目标回波信号的强度；回波峰值二值化，用于区分是否有目标回波信号；数据编码，用于对各接收器112接收到的回波信号进行编码，例如，进行二进制编码，则第一组编码为001b，第二组编码为010b，第三组编码为100b；数据求和(此步骤可省略，连续的(1)、(2)、(3)组数据进行求和)；数据剔除，即剔除无效数据(例如0)；手势识别，具体可以采用传统算法来判断，例如，连续的回波信号序列1(即为二进制编码001b)、2(即为二进制编码010b)、4(即为二进制编码100b)为由左向右挥手，而连续的回波信号序列4、2、1为由右向左挥手，当然也可以采用神经网络的算法进行识别。
98.基于同一发明构思，本技术实施例提供了一种手势识别方法，如图6所示，该手势识别方法包括：
99.s1：发射至少一组测距信号并接收被目标物体反射的回波信号。
100.具体地，发射至少一组测距信号是指一组测距信号被单次或多次发射，或者多组不同的测距信号以设定的顺序进行发送。
101.s2：获取回波信号并对回波信号进行缓存。
102.s3：对缓存的回波信号进行处理以获得手势信息。
103.具体地，在本技术中，“目标物体”为操作者的手，由于操作者的手在不同手势下对测距信号的反射作用不同，因此接收到的回波信号也不同，因此对回波信号进行分析能够获得手势信息。
104.本实施例通过发射测距信号并对测距信号的回波信号进行获取和缓存，以及对缓
存后的回波信号进行分析来获得手势信息，该方法能够较为简单准确地实现手势识别。
105.在一个可选的实施例中，如图7和图2所示，该手势识别方法中的步骤s1包括：
106.s101：发射器111根据操作者输入的可调参数发送调频脉冲信号作为测距信号，可调参数包括调频脉冲信号的脉冲个数和/或相邻脉冲之间的时间间隔。具体地，步骤s101包括：各发射器111根据操作者输入的可调参数生成调频脉冲信号以作为测距信号，并以并发方式或者以轮询方式将测距信号进行发送。
107.s102：接收器112接收各发射器111发送的测距信号的回波信号。
108.具体地，调频脉冲信号为频率调制连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)，fmcw的回波信号频率与发出的测距信号的频率的变化规律相同，都是三角波规律，只是回波信号和测距信号之间有一个时间差，利用这个时间差能够计算出目标物体的距离。
109.在一个可选的实施例中，如图8和图3所示，该手势识别方法中的步骤s2包括：
110.s201：对回波信号进行放大处理以获得低噪回波信号；
111.s202：接收测距信号和低噪回波信号，并对测距信号和低噪回波信号进行混频处理以获得混频信号；
112.s203：对混频信号进行滤波处理以获得滤后回波信号；
113.s204：对滤后回波信号进行放大处理以获得放大回波信号；
114.s205：对放大回波信号进行采样，并对采用后的大回波信号进行缓存。
115.需要说明的是，在一些具体的实施例中，步骤s2除了必须包括步骤s202和s205外，可以仅包括上述步骤s201、s203和s204中一个或两个，也就是根据不同的应用环境以及精度需要，可以仅采用低噪放、滤波以及信号放大中的部分处理。
116.在一个可选的实施例中，如图9和图2所示，该手势识别方法中的步骤s3包括：
117.s301：对缓存的回波信号进行离散傅里叶变换以获得回波距离信息。具体地，距离信息是指目标物体与天线阵列1的距离，离散傅里叶变换具有高效、快速的优点，能够简化手势识别的算法。
118.s302：对多个连续的回波距离信息进行多普勒变换以获得目标物体的回波速度信息。
119.s303：根据回波距离信息和回波速度信息进行分析以获得目标物体的移动信息。
120.本实施例中，距离信息是指目标物体与天线阵列1的距离，离散傅里叶变换具有高效、快速的优点，能够简化手势识别的算法；多普勒变换用于获得目标物体的速度信息，再对目标物体的剫信息进行分析以获得目标物体的移动信息，并将目标物体的移动信息作为手势信息，该方法算法简单，且能够获得准确的手势信息。
121.基于同一发明构思，本技术实施例提供了一种电子设备1000，如图10所示，本实施例中的电子设备1000包括上述实施例中的手势识别系统100，具有上述实施例中的手势识别系统100的有益效果，在此不再赘述。
122.具体地，本实施例提供的电子设备1000为显示装置，该显示装置包括手势识别系统100和显示屏200，显示屏200以手势识别系统100获得的手势信息作为指令并根据该指令作出相应的响应。
123.应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
124.(1)本技术实施例提供的手势识别系统、方法及电子设备，天线阵列的结构简单，采用毫米波雷达收发器，结构简单、体积小，成本低，该手势识别系统能够较为简单地实现手势识别且识别率较高。
125.(2)本技术实施例提供的手势识别方法、方法及电子设备，采用离散傅里叶变换获取距离信息，具有高效、快速的优点，能够简化手势识别的算法，且能够获得准确的手势信息。
126.本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
127.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
128.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
129.应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
130.以上仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。