[發明專利]一種基于Wi-Fi信號的書法姿態自動識別方法

有效

• 申請號: 201710200542.7
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107067031B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 李蓉;李振;張潔;湯戰勇;房鼎義;李青佩;李夢;楊蕾
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;張明

本發明公開了一種基于Wi?Fi信號的書法姿態自動識別方法，該方法采用Wi?Fi信號獲取書法字姿態數據，依次對數據進行特征提取、筆畫分割，并采用學習算法進行數據重建，利用和標準數據庫比對的方法，以識別確定書寫的字體。本發明的方法實施利用現有的商業設備，不需要修改硬件，對于用戶則不需要額外部署設，無線信號易于獲得，使用普通的智能移動設備可以開啟熱點來發射無線信號；利用現有的無線局域網，以非入侵式且設備無關的方式分析物理層的CSI值，不需要改變無線信號通信協議，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及無線信號追蹤感知和人機交互技術領域，具體涉及一種基于Wi-Fi信號的書法運筆姿態自動識別的方法。

背景技術

中國書法是用中國特制的圓錐形的毛筆書寫漢字的藝術，是中國文化的重要載體。2015年教育部在發布的《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》中，進一步明確要求學生能規范書寫漢字，要臨摹名家書法，體會書法的美感與意境。長期以來，傳統的現場觀摩式書法教學形式要求教師指導學生臨帖，逐一示范并糾正書法運筆動作。在實踐過程中課時受限、中小學生人數眾多、專業師資隊伍嚴重緊缺，制約了中小學書法教育的發展，使得政策落地極為困難。人機交互(HCI)由于其性質和目標，涉及到計算機科學和人文學科的多個方向，自然互動模式包括手勢、姿態、虹膜、語言等，正在快速發展中。其中姿態和手勢是一種動態特征，通過采集目標的姿態或行為特征便可完成對目標的辨識。

目前，關于姿態行為感知、追蹤技術和方法發展迅速。姿態行為識別分為靜態和動態識別2種。其中，關于動態識別的方法，現有技術中有基于視覺的姿態識別和追蹤、基于聲波信號姿態識別、基于專用傳感器的姿態識別、基于無線信號的姿態識別、追蹤、定位等。

現有的技術中，紅外技術只能識別特定區域內的活動，對基礎設施的要求很高，并且設備昂貴；基于視覺方法需要對用戶進行攝像拍攝視頻，會泄露一些用戶隱私，計算量大，適合視距范圍的識別，容易存在死角且受到光照、障礙物等的影響，使用LED和光傳感器雖然可以達到毫米級的定位精度，但是視覺的角度受限，光照條件也有很大的影響。基于聲音信號的姿態識別使用多普勒頻移的方法沒有追蹤能力，只能識別預定義的姿態；其中60GHz的射頻信號可以達到毫米級的追蹤精度，但是需要昂貴的專業設備，并不具有通用性；超聲波在傳播過程中容易衰減，識別的范圍有限，速度得大于某個值才能檢測到多普勒頻移，還需要額外硬件；利用語音識別技術和設備交互，雖然在智能家居等方面得到一些應用，但是目前還沒有得到廣泛的推廣。基于專用傳感器的行為識別可識別細粒度的行為，但安裝與攜帶很不方便，且價格不菲，并且對于Device Free場景不適用。傳統的Wi-Fi信號被用來定位和姿態識別主要使用的是Wi-Fi信號的RSSI值，但是利用RSSI值只能識別大幅度手勢，因為細粒度的手勢變化對RSSI值的影響很微小，幾乎觀察不到，所以利用RSSI值對細粒度手勢識別失效。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于，提供一種基于Wi-Fi信號的書法姿態自動識別方法，通過WiFi信號獲取手部和筆尖的姿態變化，可以在電腦上實時的記錄和追蹤書寫過程，并通過識別和追蹤系統給出書寫的結果。

為了完成上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種基于Wi-Fi信號的書法姿態自動識別方法，包括以下步驟：

步驟一，設置無線信號發射器、無線信號接收器，利用無線信號發射器發射Wi-Fi信號，用戶在無線信號發射器和無線信號接收器之間書寫字體，通過無線信號接收器接收無線信號數據，即CSI數據包，并進行去噪處理；

步驟二，特征提取

步驟2.1，對CSI數據包中的載波利用PCA主成分分析法選擇幅值特征變化最大的前5列，利用滑動窗口累加幅值的差值，找出幅值變化累積差值為正并且較大的點對應的橫軸坐標記為X1，并找出幅值累積差值為負并且較小的點對應的橫軸坐標記為X2；