一种水下手势交互方法与流程

本发明涉及交互技术，具体涉及一种水下手势交互方法。

背景技术：

随着技术的进步，人们的生活中出现了越来越多的交互式产品，并且运用到了更多的领域，比如传统的电子产品可实现触摸交互，随着质量要求与应用场景的变化，需要电子产品能够实现防水，并还能够在水下环境正常工作；通常情况下，只要对电子产品做好足够的防水处理即可，但实际上却存在其他的一些使用问题，比如原本无水环境下可方便工作的电容屏在水下环境中会有灵敏度的变化问题，且在水下做触摸交互一定程度上降低使用者的使用体验，为解决这个问题，有必要进行深入研究。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种水下手势交互方法，其目的在于优化水下操控的触发及识别处理问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种水下手势交互方法，基于执行单元与控制单元，还设有防水腔体；所述控制单元设于防水腔体中，且防水腔体中还设有红外传感器；所述执行单元设于防水腔体中并与控制单元电性连接，或设置在防水腔体外并与控制单元通信连接；防水腔体上设有透光区，红外传感器的感应端朝向透光区一侧，以捕捉手势交互动作，并触发控制单元控制执行单元动作或状态变化；所述红外传感器感应的信号包含以下处理步骤或处理方法：

a、红外传感器的感应信号顺序经过一级放大、带通滤波、二级放大及模数转换处理后传递给控制单元；

b、控制单元重复读取模数转换处理后的信号并进行处理；

c、步骤a中一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益可主动切换，主动切换的切换控制信号来自于控制单元；切换一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益后，在所述模数转换处理接收到的信号强弱发生变化；

d、控制单元在其中一次读取红外传感器所传递的信号后，发出一次或多次切换控制信号，用以控制一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益切换，并在切换控制信号发出后再次读取模数转换所传递的信号；

e、控制单元连续读取模数转换的输出信号，识别出信号变化差异，并以此反馈的信号差异或信号强弱判定红外传感器所检测物的距离远近或距离区间；

f、控制单元输出信号以控制执行单元动作或状态变化。

进一步的，一级放大包含跨阻放大或可编程增益放大；步骤a中的二级放大包含差分放大。

进一步的，控制单元输出信号作为反馈信号或输入信号参与步骤a中的二级放大处理过程；参与步骤a中二级放大处理过程的控制单元输出信号进行了数模转换处理。

进一步的，所述防水腔体包含壳体与透光罩，所述透光罩与壳体扣合安装，透光罩与壳体的间隙部分填充有防水胶体。

进一步的，所述红外传感器的数量包含多个，各红外传感器的工作状态可开启、关闭转换，转换控制信号通过控制单元的输出相应控制。

进一步的，多个红外传感器的输出并联相接，控制单元分时发出转换控制信号，使多个红外传感器以时分复用方式对应输出至相同的一级放大作信号处理。

进一步的，步骤d中控制单元在切换控制信号发出前后相邻两次模数转换的输出信号读取时间间隔不超过10ms。

进一步的，步骤d中控制单元相邻两次发出切换控制信号的时间间隔在或在30ms-500ms之间，或不超过5ms。

进一步的，所述执行单元包含显示单元、照明单元、机械运动单元中的其中一种。

进一步的，所述执行单元为led灯，所述红外传感器与对应控制的led灯邻近安装。

本发明利用了在水下红外光传感方式可脱离传统的触摸传感方式，增加了水下手势交互的距离，且红外光本质属于光，光感灵敏度远高于电容感应灵敏度，有助于水下交互的动作识别精确度；另外，由于水下手势交互的动作时间远远长于控制单元的处理时间(传统微处理器的最小时间单位都不超过微秒级)，通过控制单元主动调整信号处理参数或选择信号处理方式(如切换一级放大处理的放大倍数)，以分辨传感信号的强弱和/或频率；再者，本发明不同于通常对传感检测传输信号的被动使用，利用控制单元发出的转换控制信号，实现多个红外传感器的时分复用，既简化了硬件设计，也降低了功耗及成本。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

⑴、脱离了触摸交互方式，改善了交互体验，且识别率与精确度更高；

⑵、使得传感信号由传统的开、关型二元参数使用被处理为具有距离远近或距离区间的三元参数或多元参数，组合方式远远高于传统红外传感的触发组合，从而丰富了交互控制的方式；

⑶、大大缩减了多个红外传感器的信号处理通道，便于集成化设计。

附图说明

图1为实施例的原理框图。

图2为实施例中一种防水腔体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1、图2所示，一种水下手势交互方法，基于执行单元与控制单元，还设有防水腔体；所述防水腔体包含壳体1与透光罩2，所述透光罩2与壳体1扣合安装，透光罩与壳体的间隙部分填充有防水胶体；所述控制单元设于防水腔体中，且防水腔体中还设有红外传感器；所述执行单元设于防水腔体中并与控制单元电性连接，或设置在防水腔体外并与控制单元通信连接；防水腔体上设有透光区，红外传感器的感应端朝向透光区一侧，以捕捉手势交互动作，并触发控制单元控制执行单元动作或状态变化；所述红外传感器感应的信号包含以下处理步骤或处理方法：

a、红外传感器的感应信号顺序经过一级放大、带通滤波、二级放大及模数转换处理后传递给控制单元；

b、控制单元重复读取模数转换处理后的信号并进行处理；

c、步骤a中一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益可主动切换，主动切换的切换控制信号来自于控制单元；切换一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益后，在所述模数转换处理接收到的信号强弱发生变化；

d、控制单元在其中一次读取红外传感器所传递的信号后，发出一次或多次切换控制信号，用以控制一级放大的放大倍数和/或带通滤波的通带增益切换，并在切换控制信号发出后再次读取模数转换所传递的信号；

e、控制单元连续读取模数转换的输出信号，识别出信号变化差异，并以此反馈的信号差异或信号强弱判定红外传感器所检测物的距离远近或距离区间；

f、控制单元输出信号以控制执行单元动作或状态变化。

上述步骤a中，所述一级放大包含跨阻放大或可编程增益放大；所述二级放大包含差分放大。通过两级放大，可有效增加红外传感器反馈信号的放大倍数，对于红外传感器对同一距离物体或人手所传感的信号，通过一级放大的放大倍数切换和/或带通滤波的通带增益切换，可实现不同强度的处理信号输出，由于放大倍数的切换触发主动可控，将对应放大比例的参数设定在程序中后，控制单元能够对于处理信号的大小通过放大比例切换进行识别，有助于干扰信号的排除；而对于不同距离的传感信号，传感信号源的强弱也不同，处理信号经过模数转换后，传递给控制单元，并由控制单元识别出传感信号源的大小数值或大小区间，从而以此判定感应物体的距离远近，从而由原来的有、无二元化感应控制改变为了包含距离识别在内的三元参数感应控制。在本实施例中，一级放大的放大倍数切换、带通滤波的通带增益切换是通过模拟开关选择不同的运算元件实现的，比如设置多个与放大倍数相关的反馈电阻，各反馈电阻的阻值各不相同，控制单元通过模拟开关的选择，切换相应的反馈电阻接入到跨阻放大电路或带通滤波电路中。

上述步骤d中控制单元在切换控制信号发出前后相邻两次模数转换的输出信号读取时间间隔不超过10ms，由此，即使物体处于运动状态，在该时间段内控制单元所接收到的信号仍可认为是由红外传感器对同一距离物体的传感。

控制单元输出信号作为反馈信号或输入信号参与步骤a中的二级放大处理过程；参与步骤a中二级放大处理过程的控制单元输出信号进行了数模转换处理。本实施例中，二级放大处理为基于运算放大器的差分放大，其中同相输入端与带通滤波的输出相连，反相输入端与控制单元对应输出的反馈信号相连，反馈信号可经过独立的数模转换器处理，部分控制单元包含有数模转换接口，有数模转换接口的控制单元则该接口直接连接到反相输入端。步骤d中控制单元相邻两次发出切换控制信号的时间间隔或在30ms-500ms之间，或不超过5ms，当红外传感器感应的物体运动时，该时间间隔能够确保运动的物体产生一定运动距离，且通过红外传感器感应到的信号强弱有较大区别，经过跨阻放大、带通滤波后对于距离区间的识别性、运动趋势的识别性更好；5ms以内的时间间隔也可通过快速循环的切换以便于周期性的识别。

所述红外传感器的数量包含多个，各红外传感器的工作状态可开启、关闭转换，转换控制信号通过控制单元的各输出相应控制，通常的控制单元至传感器的控制均需要通过传感器驱动连接，本实施例中，传感器驱动可采用若干晶体管开关电路，一路晶体管开关电路对应驱动一路红外传感器，红外传感器通过晶体管开关电路连接供电回路，晶体管开关电路的控制端与控制单元的输出相连即可。多个红外传感器的输出并联相接，多个红外传感器以时分复用方式进行转换输出。图1中以两路红外传感器作为示意，实际使用时，可增加红外传感器的数量；通过多个红外传感器的设置，可对物体的位移进行识别，结合前述的距离识别，极大丰富了控制识别的手段，从而进一步的对多状态灯光变化有了更便捷的控制。

本实施例中，所述执行单元为led灯，所述红外传感器与对应控制的led灯邻近安装，在灯光亮起的情况下，用户难以察觉传感器的设置位置，有助于提升使用体验。灯光驱动部分为现有技术，也可参照传感器驱动的电路结构。

除led灯外，所述执行单元可包含其他显示单元或照明单元，作为水下作业的运用，执行单元也可包含机械运动单元，如机械臂或其他具有夹持、旋转，直线运动或做功单元，当执行单元设置在防水腔体外时，可在执行单元与控制单元设置可相互通信的通信单元，可无线通信，也可有线通信连接，在有线连接情况下，须做好穿线过孔处的防水处理。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。