本發(fā)明涉及信息科學(xué)，尤其涉及一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、手勢識別作為一種新興的人機交互方式，具有非接觸式交互、自然便捷的特點，因此在智能家居、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、智慧醫(yī)療、智能駕駛等領(lǐng)域均有大量的應(yīng)用需求和廣闊的應(yīng)用前景。

2、在現(xiàn)有的非接觸式手勢識別技術(shù)中，基于計算機視覺的手勢識別技術(shù)對光照和環(huán)境條件較為敏感，不同光線和背景可能極大影響系統(tǒng)的性能，攝像頭的存在還可能帶來用戶隱私泄露的風(fēng)險?；谏漕l信號（如wi-fi信號）的手勢識別技術(shù)雖然不受光照和環(huán)境影響，但5ghz和2.4ghz頻段的wi-fi信號波長分別約為6厘米和12.5厘米，其信號波長較長，因此難以對復(fù)雜手指運動進行細(xì)粒度的感知?；诤撩撞ɡ走_的手勢識別技術(shù)，雖然毫米波雷達技術(shù)中提供的距離、角度等信息在區(qū)分多人手勢方面有著一定的優(yōu)勢，但毫米波雷達信號易衰減，感知距離有限。因此，基于聲學(xué)信號的手勢識別技術(shù)可實現(xiàn)細(xì)粒度的感知、硬件成本低且適用場景豐富（對光線條件無要求），具有多重優(yōu)點。但現(xiàn)有的多人手勢識別方案大多在1米左右對手勢進行感知，而在多人手勢的應(yīng)用場景中，多個用戶通常要求更大的感知空間以實現(xiàn)更好的人機交互體驗，如在大型ar/vr游戲中，多個玩家需不斷移動位置，利用手勢控制游戲角色、觸發(fā)特效等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有的多人手勢識別方案感知范圍距離有限的技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明實施例的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明實施例提供了一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，方法包括：確定目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離，根據(jù)所述目標(biāo)傳輸距離確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)序列長度；確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)帶寬，根據(jù)所述目標(biāo)帶寬確定原始信號的第一序列長度；獲取原始信號，利用快速傅里葉變換將所述原始信號轉(zhuǎn)換為第一序列長度的頻域數(shù)據(jù)；在所述頻域數(shù)據(jù)之外用零對稱地進行填充，以使填充后的數(shù)據(jù)的序列長度為目標(biāo)序列長度；將所述填充后的數(shù)據(jù)利用快速?傅里葉逆變換轉(zhuǎn)換為目標(biāo)傳輸信號后進行發(fā)送；接收所述目標(biāo)傳輸信號經(jīng)手勢動作反射后的反射信號，提取所述反射信號中的手勢特征；基于所述手勢特征，利用手勢識別模型確定所述手勢特征對應(yīng)的手勢動作；所述手勢識別模型為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

4、在一實施例中，所述根據(jù)所述目標(biāo)傳輸距離確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)序列長度，包括：根據(jù)所述目標(biāo)傳輸距離利用如下計算式計算目標(biāo)序列長度：

5、???計算式（1）

6、其中， d為目標(biāo)傳輸距離； l為目標(biāo)序列長度， c為聲音信號傳播速度，為信號采樣率。

7、在一實施例中，所述根據(jù)所述目標(biāo)帶寬確定原始信號的第一序列長度，包括：根據(jù)所述目標(biāo)帶寬利用如下計算式確定原始信號的第一序列長度：

8、???????計算式（2）

9、其中， b為目標(biāo)帶寬，為信號采樣率，為第一序列長度，為目標(biāo)序列長度。

10、在一實施例中，接收所述目標(biāo)傳輸信號經(jīng)手勢動作反射后的反射信號，包括：基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離，確定進行波束掃描的最低分辨率；將反射信號的接收區(qū)域劃分為多個第一區(qū)域，對每個所述第一區(qū)域進行第一次波束掃描，確定手勢動作反射后的所述反射信號所在的第一區(qū)域；對于所述第一區(qū)域，以所述最低分辨率進行第二次波束掃描，確定經(jīng)手勢動作反射后的所述反射信號所在的第二區(qū)域；采集所述第二區(qū)域中的信號，將采集的所述第二區(qū)域中的信號作為反射信號。

11、在一實施例中，基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離，確定進行波束掃描的最低分辨率，包括：基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離建立第一模型；所述第一模型為扇形；所述扇形的弧長所對應(yīng)的夾角為波束掃描的最低分辨率。

12、在一實施例中，基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離建立第一模型，包括：以反射信號的接收點作為所述扇形的中心點，以所述目標(biāo)傳輸距離作為所述扇形的邊長，以手勢動作的活動范圍距離為所述扇形弧線上最遠(yuǎn)兩點的直線距離。

13、在一實施例中，提取所述反射信號中的手勢特征，包括：基于所述反射信號，計算信道沖激響應(yīng)；去除所述信道沖激響應(yīng)中的干擾分量，獲得有效信道沖激響應(yīng)；將所述有效信道沖激響應(yīng)以熱圖的方式進行展示；對展示的熱圖圖像進行特征提取，獲得手勢特征。

14、在一實施例中，基于所述反射信號，計算信道沖激響應(yīng)，包括：基于所述反射信號，利用如下計算式計算信道沖激響應(yīng)：

15、???????計算式（3）

16、其中，為信道沖激響應(yīng)，為目標(biāo)傳輸信號，為接收器上接收的反射信號的共軛，是多徑延遲，是的目標(biāo)序列長度。

17、在一實施例中，去除所述信道沖激響應(yīng)中的干擾分量，包括：從所述信道沖激響應(yīng)中，消除所述信道沖激響應(yīng)中預(yù)設(shè)范圍外的動態(tài)信號干擾；計算兩個相鄰信號幀的信道沖激響應(yīng)的差值；利用所述差值，消除所述信道沖激響應(yīng)中的可視徑傳輸干擾和靜態(tài)物體反射信號干擾。

18、本發(fā)明實施例還提供了一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別系統(tǒng)，包括：信號發(fā)送裝置、信號接收裝置和處理器；所述信號發(fā)送裝置，用于發(fā)送目標(biāo)傳輸信號；所述信號接收裝置，用于接收反射信號；所述處理器，用于執(zhí)行上述所述方法的步驟。

19、本發(fā)明實施例提供的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法及系統(tǒng)，確定目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離，根據(jù)所述目標(biāo)傳輸距離確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)序列長度；確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)帶寬，根據(jù)所述目標(biāo)帶寬確定原始信號的第一序列長度；獲取原始信號，利用快速傅里葉變換將所述原始信號轉(zhuǎn)換為第一序列長度的頻域數(shù)據(jù)；在所述頻域數(shù)據(jù)之外用零對稱地進行填充，以使填充后的數(shù)據(jù)的序列長度為目標(biāo)序列長度；將所述填充后的數(shù)據(jù)利用快速?傅里葉逆變換轉(zhuǎn)換為目標(biāo)傳輸信號后進行發(fā)送；接收所述目標(biāo)傳輸信號經(jīng)手勢動作反射后的反射信號，提取所述反射信號中的手勢特征；基于所述手勢特征，利用手勢識別模型確定所述手勢特征對應(yīng)的手勢動作；所述手勢識別模型為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。本發(fā)明提供的方案可在較大范圍內(nèi)同時對多個用戶的手勢進行感知與識別，且無需對現(xiàn)有揚聲器和麥克風(fēng)進行任何硬件上的修改和升級。

技術(shù)特征：

1.一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標(biāo)傳輸距離確定所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)序列長度，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標(biāo)帶寬確定原始信號的第一序列長度，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，接收所述目標(biāo)傳輸信號經(jīng)手勢動作反射后的反射信號，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離，確定進行波束掃描的最低分辨率，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，基于所述目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)傳輸距離建立第一模型，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，提取所述反射信號中的手勢特征，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，基于所述反射信號，計算信道沖激響應(yīng)，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法，其特征在于，去除所述信道沖激響應(yīng)中的干擾分量，包括：

10.一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號發(fā)送裝置、信號接收裝置和處理器；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于聲學(xué)信號的多人手勢識別方法及系統(tǒng)。其中，方法包括確定目標(biāo)傳輸信號的目標(biāo)序列長度和原始信號的第一序列長度；獲取原始信號，利用快速傅里葉變換將原始信號轉(zhuǎn)換為第一序列長度的頻域數(shù)據(jù)；在頻域數(shù)據(jù)之外用零對稱地進行填充，以使填充后的數(shù)據(jù)的序列長度為目標(biāo)序列長度；將填充后的數(shù)據(jù)利用快速?傅里葉逆變換轉(zhuǎn)換為目標(biāo)傳輸信號后進行發(fā)送；接收經(jīng)手勢動作反射后的反射信號，提取反射信號中的手勢特征；基于手勢特征，利用手勢識別模型確定手勢特征對應(yīng)的手勢動作。本發(fā)明提供的方案可在較大范圍內(nèi)同時對多個用戶的手勢進行感知與識別，且無需對現(xiàn)有揚聲器和麥克風(fēng)進行任何硬件上的修改和升級。

技術(shù)研發(fā)人員：王硯文,田蜜
受保護的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19