[發(fā)明專利]基于多傳感器的人體肢體微動(dòng)作識(shí)別裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410600953.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN104298978A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯志文;楊華;白冶國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;A61B5/11
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人體肢體微動(dòng)作識(shí)別裝置，具體為基于多傳感器的人體肢體微動(dòng)作識(shí)別裝置。

背景技術(shù)

我國60歲及以上人口為1.78億人，65歲及以上人口為1.19億人。在對(duì)老年人的關(guān)懷、護(hù)理，醫(yī)院病人的臨床診斷、康復(fù)、以及其它需要手語識(shí)別的地方需要大量新技術(shù)的引入。通過測量人體肢體微動(dòng)作，研究由此產(chǎn)生的磁場、加速度、角速度等信號(hào)，分析相關(guān)信息，可以了解人的肢體信息，便于研究除語言以外的人際交流。人類肢體動(dòng)作識(shí)別技術(shù)具有極大的應(yīng)用價(jià)值和重要的研究意義：

（1）醫(yī)療

針對(duì)長期臥床和行動(dòng)不便患者的肢體語言快速準(zhǔn)確識(shí)別，便于醫(yī)生之間的溝通，這對(duì)于病危患者尤其重要。

（2）新型人機(jī)交互系統(tǒng)的開發(fā)

肢體微動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可以作為機(jī)器的輸入設(shè)備，避免長期電磁輻射對(duì)人體的傷害。

（3）聾啞人教育

從消除健全人與聾啞人之間的交流障礙，幫助聾啞人參加社會(huì)的各項(xiàng)活動(dòng)。

(4)犯罪表情研究：

通過對(duì)罪犯細(xì)微表情的研究，了解犯罪分子的心里作用。

（5）人體器官健康狀況的判斷

人體的不同器官存在著很多的微弱磁場，不同的器官磁場強(qiáng)度是不一樣的。在正常情況下，肌肉和器官的磁場是一定的，但是在劇烈運(yùn)動(dòng)下或發(fā)生病變的情況下肌肉和器官的磁場會(huì)發(fā)生較為明顯的變化。通過測量人體磁場來分析人體的各種肌肉運(yùn)動(dòng)狀況和器官健康狀況。

作為領(lǐng)域內(nèi)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，肢體微動(dòng)作識(shí)別由于其變化速度快，幅度小，復(fù)雜程度高，對(duì)測量造成了很大的困難。

目前對(duì)人體動(dòng)作和姿態(tài)的辨識(shí)存在多種方案。近年來，基于主動(dòng)結(jié)構(gòu)光或體視法的肢體紅外三維重構(gòu)技術(shù)受到研究者的重視，然而通過該技術(shù)獲得的動(dòng)作信息準(zhǔn)確度較差，無法識(shí)別快速變化的肢體微動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決現(xiàn)有識(shí)別技術(shù)或裝置存在的準(zhǔn)確度較差以及無法識(shí)別快速變化的肢體微動(dòng)作的問題，提供一種基于多傳感器的人體肢體微動(dòng)作識(shí)別裝置。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于多傳感器的人體肢體微動(dòng)作識(shí)別裝置，包括STC89C52主控芯片，集成的mpu6050加速度與陀螺儀芯片，HMC2300弱磁信號(hào)采集模塊，CS5509AD轉(zhuǎn)換芯片；集成的mpu6050加速度與陀螺儀芯片的輸出端與STC89C52主控芯片的輸入端相連，HMC2300弱磁信號(hào)采集模塊的輸出端與CS5509AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入端相連，CS5509AD轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與STC89C52主控芯片的輸入端相連。HMC2300弱磁信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)為模擬信號(hào)，需通過AD轉(zhuǎn)換芯片（CS5509）將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。加速度與陀螺儀（mpu6050）采集的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)。最后將倆者的信號(hào)輸入到STC89C52主控芯片，利用專門的軟件融合分析采集到的數(shù)據(jù)，從而分析出識(shí)別結(jié)果。

國內(nèi)外針對(duì)肢體動(dòng)作識(shí)別技術(shù)的研究工作主要通過兩條途徑開展，一是通過采用不同的數(shù)據(jù)處理方法，改善并結(jié)合不同的算法，從軟件的角度入手；二是通過采取不同類型的傳感器，優(yōu)化傳感結(jié)構(gòu)，從硬件上尋求突破。本發(fā)明所述裝置屬于第二種情況。本發(fā)明所述裝置涉及的軟件是現(xiàn)有成熟技術(shù)，或者說是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有的本領(lǐng)域研究成果能夠容易實(shí)現(xiàn)的。

人體的不同器官存在著很多的微弱磁場，不同的器官磁場強(qiáng)度是不一樣的。在正常情況下，肌肉和器官的磁場是一定的，但是在劇烈運(yùn)動(dòng)下或發(fā)生病變的情況下肌肉和器官的磁場會(huì)發(fā)生較為明顯的變化。本發(fā)明就是通過弱磁信號(hào)采集模塊測量人體磁場來分析人體的各種肌肉運(yùn)動(dòng)狀況和器官健康狀況。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉會(huì)發(fā)生微小的形變，利用加速度傳感器與陀螺儀綁附在想要測量的肌肉上，待肌肉發(fā)生形變時(shí)會(huì)采集到相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。弱磁信號(hào)采集模塊采集到的磁信號(hào)，在輸出時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換為比較弱的電信號(hào)，大約在幾百個(gè)nV左右。一般的AD轉(zhuǎn)換芯片很難對(duì)其進(jìn)行處理。本發(fā)明采用的CS5509AD轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換位數(shù)高達(dá)16位。可以有效的將微弱模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，準(zhǔn)確率高。

本發(fā)明采用弱磁信號(hào)采集模塊、加速度傳感器與陀螺儀構(gòu)成多軸采集系統(tǒng)，對(duì)所需要的信號(hào)進(jìn)行采集。雖然目前市場上有一些傳感器能夠粗略的采集到一些該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，但是由于其測量精度較差很難實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的辨識(shí)，所以本發(fā)明旨在提供基于多類傳感器的高精度采集及識(shí)別系統(tǒng)。

本發(fā)明所述裝置能夠準(zhǔn)確的測量出人體在發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌體向外界發(fā)出的某些信號(hào)，通過對(duì)這些信號(hào)的分析就能夠準(zhǔn)確的得出身體此時(shí)所處的狀態(tài)。這項(xiàng)研究對(duì)年紀(jì)偏大的老人還有聾啞兒童與外界的交流搭建了一架橋梁，另外在對(duì)機(jī)器人研究上也會(huì)有很重要的意義。

附圖說明