[發(fā)明專利]基于壓力傳感器陣列進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別的裝置與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410162487.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105022471A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王建勤
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種手勢(shì)識(shí)別的裝置和方法，具體涉及一種基于壓力傳感器陣列的手勢(shì)識(shí)別裝置與方法，屬于人機(jī)交互領(lǐng)域。

背景技術(shù)

手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的研究，是人機(jī)交互技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的輸入方法主要有：基于數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別、基于視覺(jué)的手勢(shì)識(shí)別和基于人體動(dòng)作肌電信號(hào)(SEMG)的手勢(shì)識(shí)別。

基于視覺(jué)的手勢(shì)識(shí)別方法簡(jiǎn)便易行，設(shè)備成本低廉，非接觸式的手勢(shì)動(dòng)作采集方式使交互的自然性和舒適性得到較大改善。但由于視覺(jué)的不確定性，使得它依賴于攝像機(jī)觀測(cè)的視角，具有對(duì)背景、環(huán)境變換適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。基于肌電信號(hào)的手勢(shì)識(shí)別不受外界環(huán)境背景變化的影響，計(jì)算量較小，具有更好的實(shí)時(shí)性。但由于肌群結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、肌電信號(hào)的個(gè)體差異、電極位置等影響，增加了其分類難度。

聯(lián)想（北京）有限公司于2012年8月提出一項(xiàng)名為“檢測(cè)裝置、檢測(cè)方法以及電子設(shè)備”的發(fā)明專利（專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210308642.9），該發(fā)明提出一種佩戴在用戶手臂上的監(jiān)測(cè)裝置，其內(nèi)側(cè)安置有壓力傳感器陣列。該發(fā)明提出手部姿勢(shì)識(shí)別的步驟為：

通過(guò)該裝置檢測(cè)當(dāng)前由用戶手臂引起的壓力并產(chǎn)生當(dāng)前壓力的檢測(cè)結(jié)果；

根據(jù)壓力檢測(cè)結(jié)果確定用戶手臂或手部的姿勢(shì)；

根據(jù)判斷的手臂或手部的姿勢(shì)來(lái)生成控制指令。

該發(fā)明具有以下局限性：

1、籠統(tǒng)地測(cè)量用戶手臂引起的壓力，包括手臂肌肉群、骨骼引起的壓力，而沒(méi)有將壓力測(cè)量的重點(diǎn)布置于引起用戶手部各部位運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部位，即通過(guò)用戶腕部控制手部運(yùn)動(dòng)的肌腱所在部位。從而造成與用戶手部運(yùn)動(dòng)相關(guān)壓力測(cè)量的低效率與高成本，也使得測(cè)量的數(shù)據(jù)中包含過(guò)多無(wú)用的干擾信息而導(dǎo)致手勢(shì)識(shí)別準(zhǔn)確率的降低；

2、該發(fā)明的目的僅為通過(guò)測(cè)量用戶手臂壓力來(lái)判斷用戶的手部姿勢(shì)，而沒(méi)有將發(fā)明的原理擴(kuò)展到代表更豐富信息內(nèi)容的用戶手部動(dòng)作識(shí)別方面，具有較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有手勢(shì)識(shí)別方法存在的局限性，本發(fā)明提出一種基于壓力傳感器陣列的手勢(shì)識(shí)別方法。

人們復(fù)雜的手勢(shì)動(dòng)作是通過(guò)肌腱牽引手各部位的骨骼來(lái)完成，因此在人們手掌、手腕等部位分布有豐富的肌腱群。僅通過(guò)人們手腕部的肌腱就有橈側(cè)腕屈肌腱、拇長(zhǎng)展肌與拇短伸肌腱、橈側(cè)腕長(zhǎng)、短伸肌腱、拇長(zhǎng)伸肌腱等。人們絕大多數(shù)的手勢(shì)動(dòng)作都與通過(guò)手腕部肌腱群的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。從手部各部位運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的復(fù)雜程度與對(duì)應(yīng)肌腱的數(shù)目來(lái)說(shuō)，用戶腕部與拇指運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的肌腱數(shù)目最多，相應(yīng)的用戶腕部與拇指部分對(duì)肌腱的運(yùn)動(dòng)最為敏感。

在用戶腕部肌腱通過(guò)部位安置的壓力傳感器陣列，可監(jiān)測(cè)到用戶進(jìn)行手勢(shì)動(dòng)作時(shí)手腕部淺表肌腱通過(guò)皮膚作用于傳感器壓力引起的信號(hào)。經(jīng)過(guò)對(duì)傳感器獲得信號(hào)的分析，可以提取到用戶手指、手掌、手腕運(yùn)動(dòng)的特征參數(shù)信息。根據(jù)特征參數(shù)可判斷出各肌腱的松弛緊張情況以及肌腱在表皮下的沿橫向或縱向的運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)對(duì)以上情況的分析可達(dá)到識(shí)別手部姿態(tài)與手勢(shì)動(dòng)作的目的，進(jìn)一步可將識(shí)別的手勢(shì)動(dòng)作映射成各種電子設(shè)備的輸入指令。

附圖說(shuō)明：

圖1是人腕部主要肌腱分布剖面圖；

圖2是本發(fā)明提出腕部肌腱壓力檢測(cè)裝置外觀示意圖（一）；

圖3是本發(fā)明提出腕部肌腱壓力檢測(cè)裝置外觀示意圖（二）：

圖4是手勢(shì)動(dòng)作識(shí)別裝置各單元連接示意圖；

圖5表示手勢(shì)識(shí)別步驟的示意圖；

圖6是控制拇指伸展肌腱產(chǎn)生壓力與拇指動(dòng)作對(duì)應(yīng)示意圖；

圖7是肌腱產(chǎn)生壓力隨時(shí)間的變化特征示意圖；

圖8是肌腱相對(duì)于其正常位置的偏移量特征示意圖；

圖9是用戶有效動(dòng)作識(shí)別的示意圖；

圖10是用戶手勢(shì)動(dòng)作與數(shù)字字符輸入的對(duì)應(yīng)關(guān)系的示意圖。

圖1是人腕部主要肌腱分布剖面圖，人的手腕主要有骨骼1、肌腱2、皮膚3等組織構(gòu)成，現(xiàn)參照?qǐng)D1說(shuō)明各肌腱與手部各部位動(dòng)作之間簡(jiǎn)要的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

腕關(guān)節(jié)（橈腕關(guān)節(jié)）彎曲主要由撓側(cè)腕屈肌腱101、尺側(cè)腕屈肌腱102、掌長(zhǎng)肌腱103收縮引起；腕關(guān)節(jié)的伸展和兩側(cè)運(yùn)動(dòng)主要由橈側(cè)腕長(zhǎng)伸肌腱104、橈側(cè)腕短伸肌腱105、尺側(cè)腕伸肌腱106的收縮引起。

掌指關(guān)節(jié)（手掌與手指連接的關(guān)節(jié)）的彎曲由指淺屈肌腱107的彎曲引起，而掌指關(guān)節(jié)的伸展由指伸肌腱108控制。

第2-5手指的彎曲由指淺屈肌腱107控制，而其伸展由指伸肌腱108控制，其中小指的伸展由小指伸肌腱109控制。