一種基于坐標變換的手勢識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于坐標變換的手勢識別方法，該方法將手勢的動作擬化到二維坐標系上，X軸擬化手勢的左右滑動，Z軸擬化手勢的靠近和遠離，當手勢觸發(fā)紅外中斷時，系統(tǒng)開始定時采樣紅外數(shù)據，根據采集的有效數(shù)據值將手勢運動點映射為X軸和Z軸上的一對坐標值，運用最小二乘法將多組坐標值分別歸化為X軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線以及Z軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線，根據直線的斜率判斷手勢的左滑或右滑，根據直線的斜率判斷手勢的靠近或遠離。本發(fā)明保證安全駕駛的同時方便簡捷地操作車載影音娛樂系統(tǒng)，有效的解決由于繁瑣的操作而出現(xiàn)的汽車駕駛安全隱患。
【專利說明】一種基于坐標變換的手勢識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及手勢識別【技術領域】，特別涉及一種基于坐標變換的手勢識別方法。
【背景技術】
[0002]隨著汽車保有量的迅速增加，人們對汽車安全的重視程度越來越高。車輛在行駛過程中，車主操作車載GPS、DVD等娛樂系統(tǒng)時，必須抽出手來去按鍵或者觸摸HMI界面點擊圖標，同時還要低頭查看操作界面，然后再選擇所需求的功能，這樣在駕駛過程中會不可避免的會出現(xiàn)安全隱患，嚴重者甚至會造成不可挽回的人身財產損失。
[0003]而針對技術本身而言，現(xiàn)有的手勢識別都是采用空間算法計算手勢的空間運動軌跡，算法復雜，模塊較多，成本較高；同時對于車載影音娛樂系統(tǒng)而言，功能過于繁雜,成本較高，顯得華而不實。
[0004]因此，在保證車主安全駕駛的同時，又方便其對娛樂影音系統(tǒng)的操作，本文提出了一種基于坐標變換的手勢識別算法。該算法主要用于車載娛樂影音系統(tǒng)的手勢識別模塊，其特點是可迅速準確地識別車主的手勢如接近、離開、左滑、右滑等狀態(tài)，使得車主在不影響駕駛的情況下，更加方便地進行娛樂影音系統(tǒng)的各種操作。
[0005]當前針對車載影音娛樂系統(tǒng)的手勢識別算法專利較少，與傳統(tǒng)行業(yè)相關技術相t匕，以專利公開(公告)號102880287A為例，有計算模塊和加速度判斷模塊等，模塊較多，裝置采用攝像頭等采集手勢運動軌跡，成本較高。與之相比，本專利模塊更少，成本更低，算法更簡潔，功能對產品的針對性更強。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種基于坐標變換的手勢識別方法，解決傳統(tǒng)手勢識別算法中模塊較多、裝置復雜以及成本較高等問題。
[0007]一種基于坐標變換的手勢識別方法，該方法按照以下步驟進行:
步驟一、建立一個二維度坐標系，X軸代表水平方向，Z軸代表垂直方向，將手勢的動作擬化到坐標系上，X軸擬化為手勢相對于操作體的左滑或右滑，Z軸擬化為手勢相對于操作體的接近或離開，且X軸和Z軸有效區(qū)段的坐標值均為O?H，H為根據實際需要設定的正整數(shù)，有效區(qū)段是指能夠觸發(fā)中斷的手勢所在的有效區(qū)域分別映射至X軸和Z軸的部分，操作體指手勢的作用對象；
步驟二、在X軸方向上有效區(qū)域內等間距地設置K個紅外線傳感器Gi (i < K)，用于采集人體的紅外數(shù)據，其中Κ32;
步驟三、當手勢在有效區(qū)域，則觸發(fā)中斷，系統(tǒng)開始對各傳感器采集的紅外數(shù)據進行定時采樣得到數(shù)據值Di (i SK)；
步驟四、根據采樣得到的數(shù)據值Di將當前手勢運動點B映射為二維坐標系值，映射方法為:
X軸的映射:觀測采樣得到的數(shù)據值，將映射點初步定位在數(shù)據值較大的兩個傳感器Gj.Gi所界定的坐標段內，將該坐標段等分成DdDj等份；每份的值為1/( DJDj)，根據傳感器數(shù)值與感應距離成反比的關系，映射點到Gi的單位值為D/( DdDp，根據坐標軸的實際標值可計算得出當前手勢運動點B映射至X軸的坐標值為(H/K-1)* Dj/( DdDj)+ (H/K-1)*(1-l)；
Z軸的映射:將Z軸的有效區(qū)域進行255等份，每等份為1/255，取最大紅外傳感器的值Dj,則Z軸原點至映射點的單位值為1-D/255，根據坐標軸的實際標值可計算得出當前手勢運動點B映射至Z軸的坐標值為WK1-D/255)；
步驟五、通過最小二乘法，將多個手勢運動點映射至二維坐標系上的多組坐標值分別歸化為X軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線，以及Z軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線；
步驟六、通過上述歸化所得直線、的斜率來判斷手勢運動狀態(tài)。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟六中，判斷手勢運動狀態(tài)的方法具體為:當?shù)男甭蚀笥诹銜r，則判斷手勢為自左向右滑動；反之當斜率小于零時，則判斷手勢自右向左滑動；當?shù)男甭蚀笥诹銜r，則判斷手勢為遠離；反之當斜率小于零時，則判斷手勢為靠近。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟三中，預設一個紅外數(shù)據閾值，當紅外線傳感器采集的紅外數(shù)據大于預設閾值時，則表示手勢處在有效區(qū)域內，中斷即被觸發(fā)，系統(tǒng)開始定時采樣。
[0010]優(yōu)選地，系統(tǒng)定時采樣獲得采樣數(shù)據后，將采樣數(shù)據值低于預設閾值的無效數(shù)據濾除。
[0011]優(yōu)選地，當手勢完成離開中斷區(qū)域，系統(tǒng)檢測到感應的數(shù)據全部為無效數(shù)據后，關閉定時器，等待下一次中斷。
[0012]優(yōu)選地，根據手勢運動速度確定采樣定時器的計量單位。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和有益效果:
1、本方案主要針對車載影音娛樂系統(tǒng)，極大的提升了該系統(tǒng)的可操作性，能有效的解決由于繁瑣的操作而出現(xiàn)的汽車駕駛安全隱患；
2、本方案與現(xiàn)有傳統(tǒng)行業(yè)手勢識別技術相比，算法更簡單可行，模塊更少，算法和功能對產品的針對性更強；
3、本方案已實施到車載GPS導航產品，并實驗測試，結果證明算法安全可靠，實用性聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是本發(fā)明手勢運動原理示意圖；
圖2是本發(fā)明手勢運動二維坐標變換原理圖；
圖3為最小二乘法直線擬化原理圖；
圖4是本發(fā)明軟件算法原理圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過【具體實施方式】結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]本發(fā)明提供一種基于坐標變換的手勢識別方法，該方法主要按以下方面進行:
1、二維坐標系的建立
建立二維坐標系如圖1所示，其中，X軸代表水平方向，擬化為手勢的左滑右滑，Z軸代表垂直方向，擬化為手勢的接近離開，G1、G2、G3分別代表紅外傳感器的位置，0、1、2相連所繪制的曲線為Z軸方向上有效區(qū)域的邊界線，曲線以內為有效區(qū)，曲線以外為無效區(qū)，A、B、C為模擬的手勢移動曲線，為方便計算，選用3個紅外線傳感器。
[0018]為提高手勢判斷精確性，需盡可能多的數(shù)據來進行分析，因此采用定時器來設定采樣頻率，一旦觸發(fā)中斷，系統(tǒng)定時采樣，然后根據算法計算，判斷手勢動作。
[0019]2、一維數(shù)據映射為二維坐標系(x，z)值方法
如圖2所示，手勢觸發(fā)紅外中斷，系統(tǒng)定時采集數(shù)據，以當前手勢在B點為例，采樣點數(shù)據有三個，即傳感器I值為m、傳感器2值為n，傳感器3值為p。設計算法如下:
X為方便等分換算，將X軸13段、Z軸14段均轉換為數(shù)值范圍為(Γ100的二維坐標系。
[0020]S:針對χ軸的映射關系:
步驟一；觀測紅外值，有n>m>p。
[0021]步驟二:由于傳感器3感應值P較傳感器I感應值m小，故將手勢B點定位在12段范圍。
[0022]步驟三:將手勢B點映射到χ軸靠近2，也即H點處。
[0023]步驟四:手勢B點映射到χ軸的值為50*n/ (m+n)。
[0024]坐標變換算法:n是傳感器2的感應數(shù)值，s為選用傳感器個數(shù)3，將χ軸三個傳感器的距離100等份，則線段12與23均為50，由于傳感器數(shù)值與感應距離成反比，將12線段等分成m+n等份，B點映射到χ軸上的點為H，每份的值為I/ (m+n), IH段映射單位值為n/(m+n)，H2段映射單位值為m/ (m+n)，則B點映射到χ軸的值為50*n/ (m+n)。
[0025].1:針對z軸的映射關系:
步驟一:取最大紅外傳感器的值η。
[0026]步驟二:手勢B點映射到ζ軸的值為100* (l-n/255)。
[0027]坐標變換算法:由于傳感器感應值與ζ軸感應距離成反比，先將ζ軸的有效區(qū)域14段255等份，B點映射到ζ軸上的點為S，每份的值為1/255，映射IS段的單位值為(l-n/255)，再將ζ軸的有效觸發(fā)距離14段轉化為與χ軸一致的(TlOO的二維坐標系，則B點映射到ζ軸的值為:(l-n/255) *100。
[0028]3、手勢識別判斷算法
考慮到紅外傳感器值浮動偏差，單純比較相鄰兩組數(shù)據的X軸、Z軸的值很可能出現(xiàn)誤報，因此擬采用多組數(shù)據分析，然后通過最小二乘法，將多組數(shù)據歸化為最接近的一條直線，通過該直線的斜率來判斷手勢狀態(tài)。
[0029]最小二乘法擬化直線原理:設X和y之間的函數(shù)關系為:y = bx+a。
[0030]式中有兩個待定參數(shù)，b代表斜率，a代表截距。對于等精度測量所得到的N組數(shù)據(Xi，yi)，i = 1,2……，N，Xi (count采樣數(shù)據個數(shù))值被認為是準確的，所有的誤差只聯(lián)系著Ji (X，ζ軸的值)。利用最小二乘法把觀測數(shù)據擬合為直線。
[0031]用最小二乘法估計參數(shù)時，要求觀測值yi的偏差的加權平方和為最小。對于等精度觀測值的直線擬合來說，可使下式的值最小:
【權利要求】
1.一種基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一、建立一個二維度坐標系，X軸代表水平方向，Z軸代表垂直方向，將手勢的動作擬化到坐標系上，X軸擬化為手勢相對于操作體的左滑或右滑，Z軸擬化為手勢相對于操作體的靠近或離開，且X軸和Z軸有效區(qū)段的坐標值范圍均為O?H，H為根據實際需要設定的正整數(shù)，所述操作體指手勢的作用對象，所述有效區(qū)段是有效區(qū)域分別映射至X軸和Z軸的部分，其中，所述有效區(qū)域是指能夠觸發(fā)中斷的手勢所在坐標系內的區(qū)域； 步驟二、在X軸方向上有效區(qū)段內等間距地設置K個紅外線傳感器Gi (i < K)，用于采集人體手部的紅外數(shù)據，其中K > 2 ; 步驟三、當手勢處于有效區(qū)域，則觸發(fā)中斷，系統(tǒng)開始對各傳感器采集的人體手部紅外數(shù)據進行定時采樣得到數(shù)據值Di (i ^ K)； 步驟四、根據采樣得到的數(shù)據值Di將當前手勢運動點B映射為二維坐標系值，映射方法為: X軸的映射:觀測采樣得到的數(shù)據值，將映射點初步定位在數(shù)據值較大的兩個傳感器Gj.Gi所界定的坐標段內，將該坐標段等分成DdDj等份；每份的值為1/( DJDj)，根據傳感器數(shù)值與感應距離成反比的關系，映射點到Gi的單位值為D/( DdDp，根據坐標軸的實際標值可計算得出當前手勢運動點B映射至X軸的坐標值為(H/K-l)* Dj/( DdDj)+ (H/K-1)*(1-l)； Z軸的映射:將Z軸的有效區(qū)域進行255等份，每等份為1/255，取最大紅外傳感器的值Dj,則Z軸原點至映射點的單位值為1-D/255，根據坐標軸的實際標值可計算得出當前手勢運動點B映射至Z軸的坐標值為WK1-D/255)； 步驟五、通過最小二乘法，將多個手勢運動點映射至二維坐標系上的多組坐標值分別歸化為X軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線，以及Z軸上的坐標值與采樣次數(shù)之間的關系所形成的最接近的一條直線； 步驟六、通過上述歸化所得直線、的斜率來判斷手勢運動狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:所述步驟六中，判斷手勢運動狀態(tài)的方法具體為:當?shù)男甭蚀笥诹銜r，則判斷手勢為自左向右滑動；反之當斜率小于零時，則判斷手勢自右向左滑動；當?shù)男甭蚀笥诹銜r，則判斷手勢為遠離；反之當斜率小于零時，則判斷手勢為靠近。
3.如權利要求1或2所述的基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:所述步驟三中，預設一個紅外數(shù)據閾值，當紅外線傳感器采集的紅外數(shù)據大于預設閾值時，則表示手勢處在有效區(qū)域內，中斷即被觸發(fā)，系統(tǒng)開始定時采樣。
4.如權利要求1或2所述的基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:當手勢完成離開中斷區(qū)域，系統(tǒng)檢測到感應的數(shù)據全部為無效數(shù)據后，關閉定時器，等待下一次中斷。
5.如權利要求1或2所述的基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:根據手勢運動速度確定采樣定時器的計量單位。
6.如權利要求3所述的基于坐標變換的手勢識別方法，其特征在于:系統(tǒng)定時采樣獲得采樣數(shù)據后，將采樣數(shù)據值低于預設閾值的無效數(shù)據濾除。
【文檔編號】G06F3/01GK104182037SQ201410271688
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】朱劍, 趙巖, 楊峰, 陳保利 申請人:惠州市德賽西威汽車電子有限公司