一种基于多点光感的空间手势识别控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于人机交互技术领域，尤其涉及一种基于多点光感的空间手势识别控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]人机交互技术是近年来非常热门的研究领域，鼠标和键盘灯是传统的人机交互设备，近年来出现了诸如触控控制、声音控制、手势控制等各种新型的人机交互方式，在用户体验的自然性和友好性方面进行改进。特别是以手势控制为代表的非接触式人机交互方式，通过各类传感器设备实时的或者在较短时间内完成对手部动作的识别过程，并转换为计算机等宿主设备能够识别的命令，是目前非常流行的一种人机交互方式。现有技术中，一般采用红外发射阵列和红外接收阵列来采集用户的手势动作，其中，红外发射阵列中至少包括四个发射管，且数量与红外接收阵列中接收管的数量相对应，然后由信号处理模块对采集到的手势进行识别后输出相应的控制指令。例如:申请号为201420800360.5的中国专利申请公开了一种3D手势识别控制器，它采用了呈“十”字形分布的四个红外发射管、若干个在所述四个红外发射管所形成的“十”字中心呈方形阵列排布的红外传感器接收管、信号调理与采集模块以及信号处理模块等其他元器件来实现非接触手势识别控制的功能，这种方式虽然能够实现非接触式手势识别控制，但是采用的元件数量多，结构复杂，可能出现的故障点较多，并且不能小型化。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种基于多点光感的空间手势识别控制系统及方法，旨在解决上述手势动作识别控制器采用的元件数量多，结构复杂，可能出现的故障点较多，并且不能小型化的问题。
[0004]本发明实施例是这样实现的，一种基于多点光感的空间手势识别控制系统，包括:依次连接的红外阵列模块、模数转换模块、数据缓存器以及主处理器，还包括与所述主处理器连接的LED驱动模块，与所述LED驱动模块连接的红外发射管；所述主处理器包括曲线生成单元以及与所述曲线生成单元连接的学习单元和控制指令匹配单元，所述曲线生成单元还与所述数据缓存器连接；所述红外阵列模块包括呈“十”字形分布的四个红外传感器，所述四个红外传感器均与所述模数转换模块连接，其中:
[0005]所述LED驱动模块，用于驱动所述红外发射管向用户的手势操作方向发射特定波长的红外光；
[0006]所述四个红外传感器，用于采集所述手势操作方向反射回来的红外光信号，并按照同步的时钟信号将采集到的红外光信号发送至模数转换模块；
[0007]所述模数转换模块，用于对所述四个红外传感器采集的红外光信号进行数字化处理后输出四路数字采样信号至所述数据缓存器；
[0008]所述数据缓存器，用于接收所述四路数字采样信号，并按照先进先出的原则将所述四路数字采样信号发送至所述主处理器；
[0009]所述曲线生成单元，用于根据所述四路数字采样信号将所述四个红外传感器采集到的红外光信号强度的变化趋势拟合成四条曲线；
[0010]所述学习单元，用于预先学习并存储不同的手势所对应的特征曲线模板；
[0011]所述控制指令匹配单元，用于根据所述四条曲线和所述特征曲线模板识别出用户的手势，并根据用户的手势输出相应的控制指令。
[0012]在本发明实施例所述的基于多点光感的空间手势识别控制系统中，所述曲线生成单元包括依次连接的预处理子单元和曲线合成子单元，所述预处理子单元还与所述数据缓存器连接，所述曲线合成子单元还与所述学习单元和所述控制指令匹配单元连接，其中:
[0013]所述预处理子单元，用于对所述四路数字采样信号进行平滑处理；
[0014]所述曲线合成子单元，用于根据平滑处理后的四路数字采样信号，以时间为X轴，以红外传感器采集到的红外光信号的强度为y轴，分别将所述四个红外传感器采集到的红外光信号强度的变化趋势拟合成四条曲线。
[0015]在本发明实施例所述的基于多点光感的空间手势识别控制系统中，所述学习单元包括依次连接的曲率计算子单元、变化率曲线生成子单元、手势判断子单元以及存储子单元，所述曲率计算子单元与所述曲线合成子单元连接，所述存储子单元与所述控制指令匹配单元连接，其中:
[0016]所述曲率计算子单元，用于计算不同时间段内所述曲线生成单元输出的四条曲线的曲率；
[0017]所述变化率曲线生成子单元，用于根据所述四条曲线在不同时间段内的曲率获取所述四个曲线的曲率随时间变化的四条变化率曲线；
[0018]所述手势判断子单元，用于根据所述四条变化率曲线判断用户的手势；
[0019]所述存储子单元，用于根据所述手势判断子单元的判断结果存储不同的手势所对应的特征曲线模板。
[0020]在本发明实施例所述的基于多点光感的空间手势识别控制系统中，所述学习单元还包括连接在所述变化率曲线生成子单元和所述手势判断子单元之间的触发子单元；
[0021]所述触发子单元，用于判断当前时刻所述四条变化率曲线中的曲率值是否有一个达到预设的曲率范围，若是，则触发所述手势判断子单元识别用户的手势。
[0022]在本发明实施例所述的基于多点光感的空间手势识别控制系统中，所述手势判断子单元包括依次连接的特征提取子单元和手势识别子单元，所述特征提取子单元还与所述变化率曲线生成子单元连接，所述手势识别子单元还与所述控制指令匹配单元连接，其中:
[0023]所述特征提取子单元，用于提取所述四条变化率曲线中的波峰值、波峰值出现的时间以及波峰值出现前后的曲率变化特征；
[0024]所述手势识别子单元，用于根据所述四条变化率曲线中的所述波峰值、所述波峰值出现的时间以及所述波峰值出现前后的曲率变化特征识别出用户的手势。
[0025]本发明实施例的另一目的在于提供一种基于多点光感的空间手势识别控制方法，包括:
[0026]预先学习并存储不同的手势所对应的特征曲线模板；
[0027]驱动红外发射管向用户的手势操作方向发射特定波长的红外光；
[0028]采用设置在所述红外发射管附近并且呈“十”字形分布的四个红外传感器采集所述手势操作方向反射回来的红外光信号，并使所述四个红外传感器按照同步的时钟信号输出采集到的红外光信号；
[0029]对所述四个红外传感器采集的红外光信号进行数字化处理后输出四路数字采样信号，并按照先进先出的原则将所述四路数字采样信号缓存至数据缓存器；
[0030]根据所述数据缓存器输出的四路数字采样信号将所述四个红外传感器采集到的红外光信号强度的变化趋势拟合成四条曲线；
[0031]根据所述四条曲线和所述特征曲线模板识别出用户的手势，并根据用户的手势输出相应的控制指令。
[0032]在本发明实施例所述的基于多点光感的空间手势识别控制方法中，根据所述数据缓存器输出的四路数字采样信号将所述四个红外传感器采集到的红外光信号强度的变化趋势拟合成四条曲线具体包括:
[0033]对所述数据缓存器输出的四路数字采样信号进行平滑处理；
[0034]根据平滑处理后的四路数字采样信号，以时间为X轴，以红外传感器采集到的红外光信号的强度为y轴，分别将所述四个红外传感器