本發(fā)明涉及基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備及其與終端的交互方法。

背景技術(shù)：

表面肌電(suRFace electromyography,sEMG)信號(hào)是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進(jìn)行隨意性和非隨意性活動(dòng)時(shí)的生物電變化經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時(shí)間序列信號(hào)，其振幅約為10-5000μV，頻率20-500Hz，信號(hào)形態(tài)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的針式肌電圖相比，sEMG的空間分辨率相對(duì)較低，但是探測(cè)空間較大，重復(fù)性較好，對(duì)于體育科學(xué)研究、康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床和人機(jī)交互等具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義

目前，智能終端產(chǎn)品出現(xiàn)的越來(lái)越多，也使得人們對(duì)智能化控制要求越來(lái)越高。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于肌電信號(hào)的研究也已經(jīng)日新月異，從最初的需要大量電極提取較為多種特征值，才識(shí)別簡(jiǎn)單的翻腕動(dòng)作，到現(xiàn)如今可以通過(guò)少部分電極來(lái)識(shí)別多種復(fù)雜的手部動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提出一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備及其與終端的交互方法，旨在基于手部肌電信號(hào)來(lái)識(shí)別各種手勢(shì)動(dòng)作，通過(guò)不同的動(dòng)作來(lái)達(dá)到控制終端的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法，其特征在于，包括步驟：

根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將所述操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

將所述操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與所述操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

可選地，在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值時(shí)，包括步驟：

對(duì)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理后；

通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Qn為該段信號(hào)的總能量值，tn為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，表示根據(jù)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度；

采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征。

可選地，在采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征時(shí)，包括步驟：

通過(guò)公式(2)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量；

其中，j為通道數(shù)且j＝1:4；Ej為小波系數(shù)的總能量值，N為該段信號(hào)內(nèi)小波系數(shù)的個(gè)數(shù)，ri為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的小波系數(shù)；

通過(guò)公式(3)計(jì)算小波系數(shù)的總能量；

E＝E₁+E₂+E₃+E₄ (3)；

通過(guò)公式(4)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量百分比；

ρ_j＝E_j/E (4)；

通過(guò)公式(5)計(jì)算小波系數(shù)的絕對(duì)平均值；

通過(guò)公式(6)計(jì)算小波系數(shù)的方差；

可選地，在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值之前，還包括步驟：檢測(cè)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；若所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值，則進(jìn)入下一步驟。

可選地，所述預(yù)設(shè)特征矩陣是根據(jù)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得出的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的；還包括對(duì)所述預(yù)設(shè)特征矩陣的校準(zhǔn)步驟：

采集與所述預(yù)設(shè)手勢(shì)相一致的標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)并根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值；將所述標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值寫入與所述預(yù)設(shè)手勢(shì)相對(duì)應(yīng)的所述預(yù)設(shè)特征矩陣內(nèi)。

可選地，還包括對(duì)預(yù)設(shè)特征矩陣的擴(kuò)展步驟：

采集自定義的第一手勢(shì)，根據(jù)所述第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第一肌電信號(hào)特征值，并將所述第一肌電信號(hào)特征值組成第一特征矩陣；

再次采集所述第一手勢(shì)，根據(jù)所述再次采集的第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第二肌電信號(hào)特征值，并將所述第二肌電信號(hào)特征值寫入所述第一特征矩陣內(nèi)；

當(dāng)所述第一手勢(shì)的采集次數(shù)直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)后，接收其對(duì)應(yīng)的終端操作指令，并將所述第一特征矩陣與所述對(duì)應(yīng)的終端操作指令相關(guān)聯(lián)；

當(dāng)所述操作手勢(shì)為所述第一手勢(shì)，且所述第一特征矩陣內(nèi)的肌電信號(hào)特征值未達(dá)到閾值時(shí)，將所述第一手勢(shì)對(duì)應(yīng)的操作肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣。

此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括：

操作特征矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將所述操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

終端操作指令獲取單元，用于將所述操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與所述操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令

可選地，所述操作特征矩陣計(jì)算單元包括：

濾波降噪處理模塊，用于對(duì)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；

加窗處理模塊，用于通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度；

統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊，用于采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征。

可選地，所述控制系統(tǒng)還包括信號(hào)檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；若所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值，則使所述控制系統(tǒng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。

可選地，所述預(yù)設(shè)特征矩陣是根據(jù)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得出的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的；所述控制系統(tǒng)還包括預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元與預(yù)設(shè)特征矩陣擴(kuò)展單元中的至少一個(gè)；

所述預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元用于采集與所述預(yù)設(shè)手勢(shì)相一致的標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)并根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值；還用于將所述標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值寫入與所述預(yù)設(shè)手勢(shì)相對(duì)應(yīng)的所述預(yù)設(shè)特征矩陣內(nèi)；

所述預(yù)設(shè)特征矩陣擴(kuò)展單元包括：

采集計(jì)算模塊，用于采集自定義的第一手勢(shì)，根據(jù)所述第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第一肌電信號(hào)特征值，并將所述第一肌電信號(hào)特征值組成第一特征矩陣；

所述采集計(jì)算模塊還用于再次采集所述第一手勢(shì)，根據(jù)所述再次采集的第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第二肌電信號(hào)特征值，并將所述第二肌電信號(hào)特征值寫入所述第一特征矩陣內(nèi)；

關(guān)聯(lián)模塊，用于當(dāng)所述第一手勢(shì)的采集次數(shù)直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)后，接收其對(duì)應(yīng)的終端操作指令，并將所述第一特征矩陣與所述對(duì)應(yīng)的終端操作指令相關(guān)聯(lián)；

特征值補(bǔ)充模塊，用于當(dāng)所述操作手勢(shì)為所述第一手勢(shì)，且所述第一特征矩陣內(nèi)的肌電信號(hào)特征值未達(dá)到閾值時(shí)，將所述第一手勢(shì)對(duì)應(yīng)的操作肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣。

本發(fā)明提出的一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備及其與終端的交互方法，基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備通過(guò)利用檢測(cè)電極采集到手臂腕部人體皮膚表面肌電信號(hào)，將信號(hào)整理放大，并得到相關(guān)的特征值組成特征矩陣，通過(guò)與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與所述操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的操作特征矩陣計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第四實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第五實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第六實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第七實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法的流程示意圖；

圖7為本發(fā)明第八實(shí)施例在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值時(shí)的流程示意圖；

圖8為本發(fā)明第十實(shí)施例的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法的流程示意圖；

圖9為本發(fā)明第十一實(shí)施例的預(yù)設(shè)特征矩陣的校準(zhǔn)步驟的流程示意圖；

圖10為本發(fā)明第十二實(shí)施例的預(yù)設(shè)特征矩陣的擴(kuò)展步驟的流程示意圖；

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在后續(xù)的描述中，使用用于表示元件的諸如“模塊”、“部件”或“單元”的后綴僅為了有利于本發(fā)明的說(shuō)明，其本身并沒(méi)有特定的意義。因此，"模塊"與"部件"可以混合地使用。

終端可以以各種形式來(lái)實(shí)施。例如，本發(fā)明中描述的終端可以包括諸如移動(dòng)電話、智能電話、筆記本電腦、數(shù)字廣播接收器、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、PAD(平板電腦)、PMP(便攜式多媒體播放器)、導(dǎo)航裝置等等的移動(dòng)終端以及諸如數(shù)字TV、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等等的固定終端。

如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10以及終端操作指令獲取單元20。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣。其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。更具體地，上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10以及終端操作指令獲取單元20。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

如圖2所示，本實(shí)施例中，操作特征矩陣計(jì)算單元10包括濾波降噪處理模塊11、加窗處理模塊12以及統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13。

其中，濾波降噪處理模塊11用于對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；根據(jù)肌電信號(hào)的特征(20-500Hz)，使其通過(guò)常規(guī)的帶通濾波器，濾除小于20Hz以及大于500Hz的噪聲，在此基礎(chǔ)之上，再通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)小波帶內(nèi)降噪，使采集到的信號(hào)在20-500Hz之間的噪聲得到了一定程度的抑制，經(jīng)過(guò)以上處理之后的信號(hào)時(shí)相對(duì)于采集到原始信號(hào)比較純凈的肌電信號(hào)。

加窗處理模塊12用于通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度。

更具體地，為了獲取關(guān)于操作手勢(shì)的肌電信號(hào)信號(hào)特征參數(shù)，需要對(duì)得到的降噪后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。針對(duì)某一個(gè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)，根據(jù)其能量值的變化，對(duì)其進(jìn)行加窗處理。

加窗處理的原理是根據(jù)采集到的信號(hào)能量值進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)公式(1)通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)能量的計(jì)算，并根據(jù)該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值A(chǔ)和B，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。其中，A、B是通過(guò)對(duì)多個(gè)動(dòng)作的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)一段連續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值而得到的。具體的，我們假設(shè)從信號(hào)起始點(diǎn)往后推移，在移動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值都高于閾值A(chǔ)，則認(rèn)為這里就是動(dòng)作信號(hào)的起點(diǎn)，然后繼續(xù)往后推移，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值小于B時(shí)，我們就認(rèn)為動(dòng)作信號(hào)在此處結(jié)束。

通過(guò)此對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)能量的移動(dòng)加窗處理，并結(jié)合合適的閾值參數(shù)設(shè)置，就可精確的檢測(cè)出單個(gè)的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。這里得到的信號(hào)值在時(shí)域上看到，在閾值A(chǔ)和B之間，信號(hào)為正常值；而在A和B之外的信號(hào)，全部都是零值，此時(shí)就可以認(rèn)為，活動(dòng)段檢測(cè)之后的信號(hào)中，獨(dú)立的非零的連續(xù)部分即為我們的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。

統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13用于采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征；該些統(tǒng)計(jì)特征可以作為操作肌電信號(hào)特征值。

本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10以及終端操作指令獲取單元20。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

如圖2所示，該操作特征矩陣計(jì)算單元10包括濾波降噪處理模塊11、加窗處理模塊12以及統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13。

其中，濾波降噪處理模塊11用于對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；根據(jù)肌電信號(hào)的特征(20-500Hz)，使其通過(guò)常規(guī)的帶通濾波器，濾除小于20Hz以及大于500Hz的噪聲，在此基礎(chǔ)之上，再通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)小波帶內(nèi)降噪，使采集到的信號(hào)在20-500Hz之間的噪聲得到了一定程度的抑制，經(jīng)過(guò)以上處理之后的信號(hào)時(shí)相對(duì)于采集到原始信號(hào)比較純凈的肌電信號(hào)。

加窗處理模塊12用于通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度。

更具體地，為了獲取關(guān)于操作手勢(shì)的肌電信號(hào)信號(hào)特征參數(shù)，需要對(duì)得到的降噪后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。針對(duì)某一個(gè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)，根據(jù)其能量值的變化，對(duì)其進(jìn)行加窗處理。

加窗處理的原理是根據(jù)采集到的信號(hào)能量值進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)公式(1)通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)能量的計(jì)算，并根據(jù)該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值A(chǔ)和B，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。其中，A、B是通過(guò)對(duì)多個(gè)動(dòng)作的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)一段連續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值而得到的。具體的，我們假設(shè)從信號(hào)起始點(diǎn)往后推移，在移動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值都高于閾值A(chǔ)，則認(rèn)為這里就是動(dòng)作信號(hào)的起點(diǎn)，然后繼續(xù)往后推移，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值小于B時(shí)，我們就認(rèn)為動(dòng)作信號(hào)在此處結(jié)束。

通過(guò)此對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)能量的移動(dòng)加窗處理，并結(jié)合合適的閾值參數(shù)設(shè)置，就可精確的檢測(cè)出單個(gè)的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。這里得到的信號(hào)值在時(shí)域上看到，在閾值A(chǔ)和B之間，信號(hào)為正常值；而在A和B之外的信號(hào)，全部都是零值，此時(shí)就可以認(rèn)為，活動(dòng)段檢測(cè)之后的信號(hào)中，獨(dú)立的非零的連續(xù)部分即為我們的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。

統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13用于采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征；該些統(tǒng)計(jì)特征可以作為操作肌電信號(hào)特征值。

本實(shí)施例中統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13具體用于:

通過(guò)公式(2)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量；

其中，j為通道數(shù)且j＝1:4；Ej為小波系數(shù)的總能量值，N為該段信號(hào)內(nèi)小波系數(shù)的個(gè)數(shù)，ri為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的小波系數(shù)；

通過(guò)公式(3)計(jì)算小波系數(shù)的總能量；

E＝E₁+E₂+E₃+E₄ (3)；

通過(guò)公式(4)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量百分比；

ρ_j＝E_j/E (4)；

通過(guò)公式(5)計(jì)算小波系數(shù)的絕對(duì)平均值；

通過(guò)公式(6)計(jì)算小波系數(shù)的方差；

如圖3所示，本發(fā)明第四實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10、終端操作指令獲取單元20、信號(hào)檢測(cè)單元30。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令；上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。如圖2所示，本實(shí)施例中，該操作特征矩陣計(jì)算單元10同樣可以包括濾波降噪處理模塊11、加窗處理模塊12以及統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13；在此不再贅述。

信號(hào)檢測(cè)單元30用于檢測(cè)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；若所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值例如是10μV，則使控制系統(tǒng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。本實(shí)施例中，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，以達(dá)到使控制系統(tǒng)的智能開(kāi)關(guān)的效果。

如圖4所示，本發(fā)明第五實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10、終端操作指令獲取單元20、信號(hào)檢測(cè)單元30、預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元40。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令；上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。如圖2所示，本實(shí)施例中，該操作特征矩陣計(jì)算單元10同樣可以包括濾波降噪處理模塊11、加窗處理模塊12以及統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13；在此不再贅述。

信號(hào)檢測(cè)單元30用于檢測(cè)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；若所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值例如是10μV，則使控制系統(tǒng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。本實(shí)施例中，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，以達(dá)到使控制系統(tǒng)的智能開(kāi)關(guān)的效果。

預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元40用于采集與預(yù)設(shè)手勢(shì)相一致的標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值；還用于將標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值寫入與所述預(yù)設(shè)手勢(shì)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)特征矩陣內(nèi)。

由于用戶動(dòng)作習(xí)慣不同，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作完成的時(shí)候很可能不完整或者不夠準(zhǔn)確，比如用戶去做下一臺(tái)的動(dòng)作的時(shí)候，手掌向上抬的角度為45度左右，而我們?cè)诔鰪S預(yù)置的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中基本為75度左右，這樣的情況就會(huì)導(dǎo)致該動(dòng)作的識(shí)別率比較低。

通過(guò)預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元40就可以對(duì)用戶所做的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行采樣，并將采樣得到的特征值與出廠預(yù)置的特征值寫到同一個(gè)矩陣?yán)铮匦碌玫椒诸惼鳌癗ET”,如此，識(shí)別率就會(huì)大大提高。

假設(shè)預(yù)置特征值為3000個(gè)值(A1-A3000)用以作為特征值訓(xùn)練分類器，在用戶最開(kāi)始N(0<N<3000即可)次始操作過(guò)程當(dāng)中，每當(dāng)一個(gè)動(dòng)作完成，系統(tǒng)會(huì)提示用戶選擇自己的動(dòng)作是否被正確識(shí)別，如果是正確識(shí)別，則將該組數(shù)據(jù)的信號(hào)按照上述流程處理，并得到相應(yīng)的特征值中(B1-BN)，用以增加識(shí)別的正確率。這里要做出限定，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的學(xué)習(xí)，最多只能得到固定個(gè)動(dòng)作的數(shù)據(jù)，假定為N個(gè)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作學(xué)習(xí)的數(shù)量超過(guò)N的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除最早學(xué)習(xí)到的數(shù)據(jù)，以確保標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作學(xué)習(xí)不超過(guò)N。

如圖5所示，本發(fā)明第六實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括操作特征矩陣計(jì)算單元10、終端操作指令獲取單元20、信號(hào)檢測(cè)單元30、預(yù)設(shè)特征矩陣擴(kuò)展單元50。

操作特征矩陣計(jì)算單元10用于根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，并將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

終端操作指令獲取單元20用于將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令；上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。如圖2所示，本實(shí)施例中，該操作特征矩陣計(jì)算單元10同樣可以包括濾波降噪處理模塊11、加窗處理模塊12以及統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算模塊13；在此不再贅述。

信號(hào)檢測(cè)單元30用于檢測(cè)所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；若所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值例如是10μV，則使控制系統(tǒng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。本實(shí)施例中，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元30檢測(cè)到的肌電信號(hào)強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，使控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，以達(dá)到使控制系統(tǒng)的智能開(kāi)關(guān)的效果。

出廠時(shí)定義的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作未必能滿足所有用戶的需求，這樣就需要用戶通過(guò)預(yù)設(shè)特征矩陣擴(kuò)展單元50自己定義動(dòng)作，以達(dá)到對(duì)終端自由控制的目的。預(yù)設(shè)特征矩陣擴(kuò)展單元50包括：

采集計(jì)算模塊51，用于采集自定義的第一手勢(shì)，根據(jù)第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第一肌電信號(hào)特征值，并將第一肌電信號(hào)特征值組成第一特征矩陣；

采集計(jì)算模塊51還用于再次采集第一手勢(shì)，根據(jù)再次采集的第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第二肌電信號(hào)特征值，并將第二肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣內(nèi)；

關(guān)聯(lián)模塊52，用于當(dāng)?shù)谝皇謩?shì)的采集次數(shù)直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)例如10次后，接收其對(duì)應(yīng)的終端操作指令，并將第一特征矩陣與對(duì)應(yīng)的終端操作指令相關(guān)聯(lián)；

特征值補(bǔ)充模塊，用于當(dāng)操作手勢(shì)為第一手勢(shì)，且第一特征矩陣內(nèi)的肌電信號(hào)特征值未達(dá)到閾值例如3000時(shí)，將第一手勢(shì)對(duì)應(yīng)的操作肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還可以同時(shí)包括預(yù)設(shè)特征矩陣校準(zhǔn)單元40。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的預(yù)設(shè)手勢(shì)可以同樣通過(guò)預(yù)設(shè)特征矩陣中預(yù)設(shè)肌電信號(hào)及預(yù)設(shè)手勢(shì)對(duì)應(yīng)的肌電信號(hào)小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征值，作為特征參數(shù)，并結(jié)合支持向量機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)手勢(shì)的分類。具體的：

支持向量機(jī)將輸入?yún)?shù)通過(guò)其核函數(shù)的非線性關(guān)系映射到高維特征空間，并構(gòu)造相應(yīng)的最優(yōu)分類超平面。對(duì)樣本(x_i,yi)來(lái)說(shuō)，支持向量機(jī)的最優(yōu)分類判別函數(shù)可表示為

其中，參數(shù)α_i和b是需要優(yōu)化計(jì)算的函數(shù)系數(shù)，內(nèi)積k(x,x_i)為其核函數(shù)，m為樣本數(shù)且i＝1,2,…m。

以兩類分類原理為基礎(chǔ)，支持向量機(jī)還可推廣到多類分類問(wèn)題，其可通過(guò)“一對(duì)一”和“一對(duì)多”兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里采用的是“一對(duì)多”方式。針對(duì)K類分類問(wèn)題，“一對(duì)多”方式構(gòu)造K個(gè)兩類分類器，即通過(guò)第j(j＝1,2,…,K)個(gè)分類器將第j類的數(shù)據(jù)與其他類數(shù)據(jù)區(qū)分開(kāi)來(lái)。相對(duì)“一對(duì)一”方式而言，所采用方式的分類速度較快

在出廠之前，我們需要對(duì)模式分類器進(jìn)行訓(xùn)練，例如：?jiǎn)蝹€(gè)動(dòng)作的采樣值為3000個(gè)，并將這3000個(gè)值輸入到SVM模式分類器中，對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，得到分類器結(jié)果“NET”。之后，我們將“NET”寫入到穿戴設(shè)備的芯片當(dāng)中，使之能夠在后續(xù)使用中起到動(dòng)作識(shí)別的作用。

本發(fā)明中的基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備可以將電極部署到手環(huán)上，當(dāng)手環(huán)上的電極接觸手臂時(shí)，檢測(cè)到肌電信號(hào)；當(dāng)然，也可以將電極設(shè)置在其他的物體上來(lái)方便將測(cè)用戶其他部位的肌電信號(hào)，如將電極設(shè)置在指環(huán)上檢測(cè)手指的肌電信號(hào)等等。本發(fā)明并不對(duì)穿戴設(shè)備的具體形式做限定。此外，同一個(gè)終端可以配備多個(gè)穿戴設(shè)備例如是控制手環(huán)，每個(gè)穿戴設(shè)備都有單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)不同用戶的操作特征值。

如圖6所示，本發(fā)明第七實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法，包括步驟：

S1、根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

S2、將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

更具體地，上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

本發(fā)明第八實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法，包括步驟：

S1、根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

如圖7所示，本實(shí)施例中，在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值時(shí)，包括步驟：

S11、對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；

根據(jù)肌電信號(hào)的特征(20-500Hz)，使其通過(guò)常規(guī)的帶通濾波器，濾除小于20Hz以及大于500Hz的噪聲，在此基礎(chǔ)之上，再通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)小波帶內(nèi)降噪，使采集到的信號(hào)在20-500Hz之間的噪聲得到了一定程度的抑制，經(jīng)過(guò)以上處理之后的信號(hào)時(shí)相對(duì)于采集到原始信號(hào)比較純凈的肌電信號(hào)；

S12、通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度；

更具體地，為了獲取關(guān)于操作手勢(shì)的肌電信號(hào)信號(hào)特征參數(shù)，需要對(duì)得到的降噪后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。針對(duì)某一個(gè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)，根據(jù)其能量值的變化，對(duì)其進(jìn)行加窗處理；

加窗處理的原理是根據(jù)采集到的信號(hào)能量值進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)公式(1)通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)能量的計(jì)算，并根據(jù)該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值A(chǔ)和B，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。其中，A、B是通過(guò)對(duì)多個(gè)動(dòng)作的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)一段連續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值而得到的。具體的，我們假設(shè)從信號(hào)起始點(diǎn)往后推移，在移動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值都高于閾值A(chǔ)，則認(rèn)為這里就是動(dòng)作信號(hào)的起點(diǎn)，然后繼續(xù)往后推移，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值小于B時(shí)，我們就認(rèn)為動(dòng)作信號(hào)在此處結(jié)束；

通過(guò)此對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)能量的移動(dòng)加窗處理，并結(jié)合合適的閾值參數(shù)設(shè)置，就可精確的檢測(cè)出單個(gè)的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。這里得到的信號(hào)值在時(shí)域上看到，在閾值A(chǔ)和B之間，信號(hào)為正常值；而在A和B之外的信號(hào)，全部都是零值，此時(shí)就可以認(rèn)為，活動(dòng)段檢測(cè)之后的信號(hào)中，獨(dú)立的非零的連續(xù)部分即為我們的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)；

S13、采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征；該些統(tǒng)計(jì)特征可以作為操作肌電信號(hào)特征值；

S2、將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

更具體地，上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

本發(fā)明第九實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法，包括步驟：

S1、根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

如圖7所示，本實(shí)施例中，在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值時(shí)，包括步驟：

S11、對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；

根據(jù)肌電信號(hào)的特征(20-500Hz)，使其通過(guò)常規(guī)的帶通濾波器，濾除小于20Hz以及大于500Hz的噪聲，在此基礎(chǔ)之上，再通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)小波帶內(nèi)降噪，使采集到的信號(hào)在20-500Hz之間的噪聲得到了一定程度的抑制，經(jīng)過(guò)以上處理之后的信號(hào)時(shí)相對(duì)于采集到原始信號(hào)比較純凈的肌電信號(hào)；

S12、通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度；

更具體地，為了獲取關(guān)于操作手勢(shì)的肌電信號(hào)信號(hào)特征參數(shù)，需要對(duì)得到的降噪后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。針對(duì)某一個(gè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)，根據(jù)其能量值的變化，對(duì)其進(jìn)行加窗處理；

加窗處理的原理是根據(jù)采集到的信號(hào)能量值進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)公式(1)通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)能量的計(jì)算，并根據(jù)該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值A(chǔ)和B，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。其中，A、B是通過(guò)對(duì)多個(gè)動(dòng)作的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)一段連續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值而得到的。具體的，我們假設(shè)從信號(hào)起始點(diǎn)往后推移，在移動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值都高于閾值A(chǔ)，則認(rèn)為這里就是動(dòng)作信號(hào)的起點(diǎn)，然后繼續(xù)往后推移，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值小于B時(shí)，我們就認(rèn)為動(dòng)作信號(hào)在此處結(jié)束；

通過(guò)此對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)能量的移動(dòng)加窗處理，并結(jié)合合適的閾值參數(shù)設(shè)置，就可精確的檢測(cè)出單個(gè)的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。這里得到的信號(hào)值在時(shí)域上看到，在閾值A(chǔ)和B之間，信號(hào)為正常值；而在A和B之外的信號(hào)，全部都是零值，此時(shí)就可以認(rèn)為，活動(dòng)段檢測(cè)之后的信號(hào)中，獨(dú)立的非零的連續(xù)部分即為我們的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)；

S13、采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征；該些統(tǒng)計(jì)特征可以作為操作肌電信號(hào)特征值；

在本實(shí)施例中，具體地，可以通過(guò)公式(2)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量；

其中，j為通道數(shù)且j＝1:4；Ej為小波系數(shù)的總能量值，N為該段信號(hào)內(nèi)小波系數(shù)的個(gè)數(shù)，ri為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的小波系數(shù)；

通過(guò)公式(3)計(jì)算小波系數(shù)的總能量；

E＝E₁+E₂+E₃+E₄ (3)；

通過(guò)公式(4)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量百分比；

ρ_j＝E_j/E (4)；

通過(guò)公式(5)計(jì)算小波系數(shù)的絕對(duì)平均值；

通過(guò)公式(6)計(jì)算小波系數(shù)的方差；

S2、將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

更具體地，上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

如圖8所示，本發(fā)明第十實(shí)施例提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備與終端的交互方法，包括步驟：

S10、檢測(cè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度；

S20、判斷該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的強(qiáng)度是否高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度值例如是10μV，若是，則進(jìn)入步驟S1；否則，返回步驟S10；

S1、根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值，將操作肌電信號(hào)特征值組成操作特征矩陣；

其中，操作手勢(shì)的肌電信號(hào)采集可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的差分電極配置方式(當(dāng)然也可以使用其他方式來(lái)采集)，采樣率設(shè)置為2000Hz(此采樣率可根據(jù)具體情況設(shè)置)。

如圖7所示，在根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算操作肌電信號(hào)特征值時(shí)，可以包括步驟：

S11、對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；

根據(jù)肌電信號(hào)的特征(20-500Hz)，使其通過(guò)常規(guī)的帶通濾波器，濾除小于20Hz以及大于500Hz的噪聲，在此基礎(chǔ)之上，再通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)小波帶內(nèi)降噪，使采集到的信號(hào)在20-500Hz之間的噪聲得到了一定程度的抑制，經(jīng)過(guò)以上處理之后的信號(hào)時(shí)相對(duì)于采集到原始信號(hào)比較純凈的肌電信號(hào)；

S12、通過(guò)公式(1)對(duì)進(jìn)行濾波降噪處理后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行加窗處理；

其中，Q_n為該段信號(hào)的總能量值，t_n為某一時(shí)刻信號(hào)的起點(diǎn)，x表示該段信號(hào)，T表示根據(jù)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值獲取的信號(hào)段長(zhǎng)度；

更具體地，為了獲取關(guān)于操作手勢(shì)的肌電信號(hào)信號(hào)特征參數(shù)，需要對(duì)得到的降噪后的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。針對(duì)某一個(gè)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)，根據(jù)其能量值的變化，對(duì)其進(jìn)行加窗處理；

加窗處理的原理是根據(jù)采集到的信號(hào)能量值進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)公式(1)通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)能量的計(jì)算，并根據(jù)該操作手勢(shì)的肌電信號(hào)的能量閾值A(chǔ)和B，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)段檢測(cè)。其中，A、B是通過(guò)對(duì)多個(gè)動(dòng)作的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)一段連續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值而得到的。具體的，我們假設(shè)從信號(hào)起始點(diǎn)往后推移，在移動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值都高于閾值A(chǔ)，則認(rèn)為這里就是動(dòng)作信號(hào)的起點(diǎn)，然后繼續(xù)往后推移，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)500(這個(gè)數(shù)值可以自定義)個(gè)點(diǎn)的能量值小于B時(shí)，我們就認(rèn)為動(dòng)作信號(hào)在此處結(jié)束；

通過(guò)此對(duì)操作手勢(shì)的肌電信號(hào)能量的移動(dòng)加窗處理，并結(jié)合合適的閾值參數(shù)設(shè)置，就可精確的檢測(cè)出單個(gè)的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)。這里得到的信號(hào)值在時(shí)域上看到，在閾值A(chǔ)和B之間，信號(hào)為正常值；而在A和B之外的信號(hào)，全部都是零值，此時(shí)就可以認(rèn)為，活動(dòng)段檢測(cè)之后的信號(hào)中，獨(dú)立的非零的連續(xù)部分即為我們的操作手勢(shì)的肌電信號(hào)；

S13、采用sym8小波作為基函數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度為N的所述操作手勢(shì)的肌電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并分別計(jì)算每層小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征；該些統(tǒng)計(jì)特征可以作為操作肌電信號(hào)特征值；

具體地，可以通過(guò)公式(2)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量；

其中，j為通道數(shù)且j＝1:4；Ej為小波系數(shù)的總能量值，N為該段信號(hào)內(nèi)小波系數(shù)的個(gè)數(shù)，ri為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的小波系數(shù)；

通過(guò)公式(3)計(jì)算小波系數(shù)的總能量；

E＝E₁+E₂+E₃+E₄ (3)；

通過(guò)公式(4)計(jì)算每層小波系數(shù)的能量百分比；

ρ_j＝E_j/E (4)；

通過(guò)公式(5)計(jì)算小波系數(shù)的絕對(duì)平均值；

通過(guò)公式(6)計(jì)算小波系數(shù)的方差；

S2、將操作特征矩陣與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

更具體地，上述預(yù)設(shè)特征矩陣是預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)例如分類器“NET”中的，預(yù)設(shè)特征矩陣是通過(guò)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的，其計(jì)算方法與操作特征矩陣的方法一致。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以存有與預(yù)設(shè)特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令。

由于用戶動(dòng)作習(xí)慣不同，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作完成的時(shí)候很可能不完整或者不夠準(zhǔn)確，比如用戶去做下一臺(tái)的動(dòng)作的時(shí)候，手掌向上抬的角度為45度左右，而我們?cè)诔鰪S預(yù)置的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中基本為75度左右，這樣的情況就會(huì)導(dǎo)致該動(dòng)作的識(shí)別率比較低。因此，如圖9所示，本發(fā)明第十一實(shí)施例提供一種預(yù)設(shè)特征矩陣的校準(zhǔn)步驟，通過(guò)對(duì)用戶所做的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行采樣，并將采樣得到的特征值與出廠預(yù)置的特征值寫到同一個(gè)矩陣?yán)?，重新得到分類器“NET”從而提高識(shí)別率。

上述預(yù)設(shè)特征矩陣是根據(jù)預(yù)設(shè)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得出的預(yù)設(shè)肌電信號(hào)特征值組成的；該預(yù)設(shè)特征矩陣的校準(zhǔn)步驟具體包括：

S51、采集與預(yù)設(shè)手勢(shì)相一致的標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)并根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值；

S52、將標(biāo)準(zhǔn)肌電信號(hào)特征值寫入與預(yù)設(shè)手勢(shì)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)特征矩陣內(nèi)。

更具體地，假設(shè)預(yù)置特征值為3000個(gè)值(A1-A3000)用以作為特征值訓(xùn)練分類器，在用戶最開(kāi)始N(0<N<3000即可)次始操作過(guò)程當(dāng)中，每當(dāng)一個(gè)動(dòng)作完成，系統(tǒng)會(huì)提示用戶選擇自己的動(dòng)作是否被正確識(shí)別，如果是正確識(shí)別，則將該組數(shù)據(jù)的信號(hào)按照上述流程處理，并得到相應(yīng)的特征值中(B1-BN)，用以增加識(shí)別的正確率。這里要做出限定，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的學(xué)習(xí)，最多只能得到固定個(gè)動(dòng)作的數(shù)據(jù)，假定為N個(gè)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作學(xué)習(xí)的數(shù)量超過(guò)N的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除最早學(xué)習(xí)到的數(shù)據(jù)，以確保標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作學(xué)習(xí)不超過(guò)N。

由于出廠時(shí)定義的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作未必能滿足所有用戶的需求，這樣就需要用戶自己定義動(dòng)作，以達(dá)到對(duì)終端自由控制的目的。因此，如圖10所示，本發(fā)明的第十二實(shí)施例還提出一種對(duì)預(yù)設(shè)特征矩陣的擴(kuò)展步驟，具體包括：

S61、采集自定義的第一手勢(shì)，根據(jù)第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第一肌電信號(hào)特征值，并將第一肌電信號(hào)特征值組成第一特征矩陣；

S62、再次采集第一手勢(shì)，根據(jù)再次采集的第一手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算第二肌電信號(hào)特征值，并將第二肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣內(nèi)；

S63、判斷第一手勢(shì)的采集次數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)例如10次，若否，則返回步驟S62；若是，則進(jìn)入步驟S64；

S64、接收其對(duì)應(yīng)的終端操作指令，并將第一特征矩陣與對(duì)應(yīng)的終端操作指令相關(guān)聯(lián)；

S65、判斷當(dāng)操作手勢(shì)是否為第一手勢(shì)，若否，則如步驟S68所示結(jié)束進(jìn)程；若是，則進(jìn)入步驟S66；

S66、判斷第一特征矩陣內(nèi)的肌電信號(hào)特征值是否達(dá)到閾值例如3000時(shí)，若否，則進(jìn)入步驟S67；若否，則如步驟S68所示結(jié)束進(jìn)程；

S67、將第一手勢(shì)對(duì)應(yīng)的操作肌電信號(hào)特征值寫入第一特征矩陣。

本發(fā)明提供一種基于肌電信號(hào)的穿戴設(shè)備及其與終端的交互方法，通過(guò)將操作手勢(shì)的肌電信號(hào)計(jì)算得到操作肌電信號(hào)特征值并組成操作特征矩陣，將其與預(yù)設(shè)特征矩陣進(jìn)行比對(duì)，就能獲取與操作特征矩陣相對(duì)應(yīng)的終端操作指令，達(dá)到與終端交互的目的。在操作肌電信號(hào)特征值的計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)濾波降噪處理、加窗處理以及采用sym8小波作為基函數(shù)進(jìn)行的小波包分解處理都提升了手勢(shì)識(shí)別的準(zhǔn)確性。更提供了預(yù)設(shè)特征矩陣的校準(zhǔn)及擴(kuò)展，以解決用戶個(gè)性差異，豐富操作手勢(shì)；提升用戶體驗(yàn)。

需要說(shuō)明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者裝置不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者裝置所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括該要素的過(guò)程、方法、物品或者裝置中還存在另外的相同要素。

上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到上述實(shí)施例方法可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過(guò)硬件，但很多情況下前者是更佳的實(shí)施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)(如ROM/RAM、磁碟、光盤)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)終端設(shè)備(可以是手機(jī)，計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，空調(diào)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。