[發(fā)明專利]一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910608346.2
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110308796B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 胡躍輝;陳亞冬;謝凌銳;方勇;房國慶;姚子賢
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、采用PVDF傳感器陣列，實時采集多通道的腕部動作信號；

(2)、分別計算步驟(1)采集的腕部動作信號和背景噪聲的短時能量，并對步驟(1)采集的腕部動作信號進行預處理，以去除其中的背景噪聲和濾除工頻干擾；

(3)、基于步驟(2)得到的短時能量和預處理結果，對腕部動作信號進行基于短時能量的端點檢測，以得到手指動作的分割點，進而提取得到手指運動數(shù)據(jù)；

(4)、基于短時能量對步驟(3)得到的手指運動數(shù)據(jù)進行編碼，得到單個手指動作的特征向量；

(5)、使用分類器對步驟(4)得到的單個手指動作特征向量進行分類與識別，得到手指運動識別結果；

設PVDF傳感器陣列由J個PVDF傳感器構成，步驟(2)中，定義x(n)為J個PVDF傳感器第n次采樣的多通道的腕部運動信號，可表示為x(n)＝{x_j(n)，j＝1，2，...，J}，x(n)稱為第n組腕部運動信號，同時設第n組腕部運動信號的短時能量為E(n)，通過公式可計算得到W(n)；

設每次上電初始化時，根據(jù)PVDF傳感器陣列采集的M組數(shù)據(jù)計算得到的背景噪聲的幅值平均值為x_noise，其中M組數(shù)據(jù)的總時長不少于3秒，同時設背景噪音的短時能量平均值為ε，通過公式可計算得到ε；

步驟(2)中，設第n組腕部運動信號x(n)去除背景噪聲后的信號為x_r(n)，則x_r(n)＝x(n)-x_noise，通過該公式實現(xiàn)去除第n組腕部運動信號x(n)中的背景噪聲；

定義H(z)為工頻濾波所使用的離散傳遞函數(shù)，通過公式x_f(n)＝x_r(n)*H(z)實現(xiàn)濾除x_r(n)中的工頻干擾，完成預處理，其中*表示卷積運算，最終預處理后的信號為x_f(n)；

所述離散傳遞函數(shù)

步驟(3)的過程如下：

(3.1)、在端點檢測子程序中初始化設置動作起點標志器S＝0，有效動作標志器F＝0，短時能量低閾值E₁＝2ε，短時能量高閾值E_h＝15ε，將x_f(n)與E(n)輸入到端點檢測子程序中；

(3.2)、判斷E(n)是否小于E₁，若判斷為是，則執(zhí)行步驟(3.5)；若判斷為否，則保存x_f(n)，并執(zhí)行步驟(3.3)；

(3.3)、判斷E(n)是否大于E₁，以及動作起點標志器S是否等于0，若判斷為是，則標記該組數(shù)據(jù)為動作起點A，并設置動作起點標志器S＝1，然后執(zhí)行步驟(3.6)；若判斷為否，則執(zhí)行步驟(3.4)；

(3.4)、判斷E(n)是否大于E_h，若判斷為是，則設置有效動作標志器F＝1，執(zhí)行步驟(3.6)；若判斷為否，則設置有效動作標志器F＝0，執(zhí)行步驟(3.6)；

(3.5)判斷有效動作標志器F是否等于1，以及E(n)是否小于E₁，若判斷為是，則設置F＝0、S＝0，并且標記該組數(shù)據(jù)為動作終止點B，并執(zhí)行步驟(3.7)；若判斷為否，則執(zhí)行步驟(3.6)；

(3.6)、取下一組數(shù)據(jù)X_f(n+1)與E(n+1)，并執(zhí)行步驟(3.1)；

(3.7)、將檢測到的單個動作的數(shù)據(jù)記為X_AB，X_AB＝{x_f(i)|i＝n_A，...，n_B}，動作的數(shù)據(jù)長度為n_AB＝n_B-n_A，對X_AB查找最大值的位置，記為n_max，在該位置向前查找p組數(shù)據(jù)、向后查找q組數(shù)據(jù)，截取在(n_max-p)組～(n_max+q)組之間的數(shù)據(jù)，若在查找時出現(xiàn)無數(shù)據(jù)位或數(shù)據(jù)長度不足，即為n_max-p＜n_A或n_max+q＞n_B，則在(n_max-p)組～n_A組或n_B組～(n_max+q)組的無數(shù)據(jù)位補零，得到動作數(shù)據(jù)長度為l的單個動作的信號X_L＝{x_l(i)|i＝p，...，q}；

步驟(3)中，所述短時能量的高閾值E_h＝(15±2)×ε，短時能量的低閾值E_l＝(2±1)×ε，動作數(shù)據(jù)長度l＝p+q，p為上升沿的長度，q為下降沿的長度。