[發明專利]一種基于手機陀螺儀和動態時間規整的動作手勢識別方法

在審

• 申請號: 201711154539.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN108108015A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 周瑞;盧帥;武悅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0346
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于手機陀螺儀和動態時間規整(DTW)的動作手勢識別方法。方法包括手勢模板庫建立和手勢識別兩階段。在手勢模板庫建立階段，針對每一個動作手勢，采集手機內置陀螺儀中的三軸角速度數據序列，根據角速度均方差自動識別手勢的開始和結束，截取出手勢數據。在對手勢數據進行平滑、歸一化、三次樣條插值和假波峰波谷預處理后，形成手勢數據樣本。采用DTW算法從同一手勢的數據樣本中選取一個和其它數據樣本具有最大相似度的樣本作為該手勢的最終模板。在手勢識別階段，采集手勢數據并將該數據與手勢模板庫中的模板進行DTW匹配，選取最相似模板，其對應的手勢就是當前用戶手勢。本發明能夠準確識別數字、字母、上下左右、以及用戶自定義手勢。

技術領域

本發明涉及手勢識別領域，尤其涉及一種基于手機陀螺儀和動態時間規整的動作手勢識別方法。

背景技術

近年來，隨著微型機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技術的發展和成熟，價格低廉、體積小、靈敏度高的MEMS傳感器廣泛應用于各種智能手機。通過智能手機中內置的陀螺儀可以測得手機的三軸角速度，通過機器學習算法就可以識別人的動作手勢。利用傳感器進行動作手勢識別是人機交互和模式識別領域一個新興的有潛力的研究方向。相較于傳統的鼠標、鍵盤等交互方式，動作手勢識別更加靈活自由，用戶體驗更加符合人類習慣，具有以下優勢：(1)動作手勢識別以人的動作作為輸入，相較于鼠標、鍵盤等交互手段，省去中間媒介；(2)具有豐富的應用場景，例如：在手機密碼解鎖中，可以設置復雜的動作手勢代替觸摸屏密碼；在PPT放映中，將播放等功能轉換為相應動作手勢；在智能家居中，通過動作手勢設置空調溫度、調節電視頻道等。

基于手機陀螺儀的動作手勢識別方法通常包括原始數據采集、數據處理、動作手勢模板建立、和動作手勢識別四個步驟。當前的手勢識別存在一些問題：(1)手勢開始與結束的識別不準確，導致手勢識別精度較低；(2)錯誤地將動作手勢開始前的手部晃動當成手勢數據，降低手勢識精度；(3)要求用戶在做動作手勢時，手機姿態固定，持握方式的改變會降低識別精度；(4)手勢識別存在混淆。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提出一種基于手機陀螺儀和動態時間規整(Dynamic Time Warping,DTW)的動作手勢識別方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種基于手機陀螺儀和動態時間規整的動作手勢識別方法，包括以下步驟：

1)陀螺儀數據采集：在用戶持握手機做出一定動作手勢時，采集手機內置陀螺儀在這段時間內的三軸角速度數據；

2)有效手勢數據截取：在三軸角速度數據序列中，根據均方差確定動作手勢的開始和結束，去除手勢開始前的晃動，截取出有效的手勢數據；

3)手勢數據預處理：

3-1)數據平滑：采用簡單滑動平均算法對截取的手勢數據進行平滑處理；

3-2)數據歸一化：為了消除不同用戶做相同手勢時振幅不同的影響，對平滑后的手勢數據做歸一化處理；

3-3)三次樣條插值：對平滑和歸一化后的手勢數據采用三次樣條插值算法進行分段擬合，消除鋸齒；

3-4)假波峰波谷處理：對手勢數據中存在的假波峰波谷進行識別并處理；

4)手勢模板庫建立：針對同一動作手勢采集多個數據樣本，經過有效手勢數據截取和預處理后，采用DTW算法從同一手勢的數據樣本中選取一個和其它數據樣本具有最大相似度的樣本作為該手勢的最終模板；

5)手勢識別：

5-1)根據步驟1)采集作動作手勢時的三軸角速度數據；

5-2)根據步驟2)識別手勢的開始和結束，截取有效手勢數據；