[發明專利]一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法

有效

• 申請號: 201910608346.2
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110308796B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（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權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法，首先使用PVDF傳感器陣列實時采集多通道的腕部動作信號，進行預處理；其次對腕部動作信號進行基于短時能量的端點檢測，得到手指動作的分割點，進而提取得到一段手指運動的數據；然后基于短時能量對該段手指運動的數據進行編碼，得到單個手指動作的特征向量；最后使用分類器對手指動作的特征向量進行分類與識別，得到手指運動識別結果。本發明的優勢在于，用戶在腕部佩戴PVDF傳感器陣列后，手部無需其他輔助裝置，即可有效識別鼠標使用時的基本動作，如食指點擊、中指點擊、大拇指點擊等，為穿戴式移動設備提供了一種新的人機交互方式。

技術領域

本發明涉及手指運動識別方法領域，具體是一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法。

背景技術

手勢識別作為人機交互的重要方法之一，廣泛應用于手語識別、假肢控制、游戲操作、遙控操作等領域。

傳統的手勢識別技術主要有兩種，其一為基于機器視覺的手勢識別，它是目前手勢識別技術中的主流，但是它容易受外部環境的干擾，并且在使用時不能有遮擋物。另一種是基于傳感器的手勢識別，它主要是利用慣性傳感器與壓阻傳感器來實現，比如數據手套，但這種方法會限制用戶的手部運動；同時基于表面肌電傳感器的手勢識別也是研究的熱點，然而這類傳感器佩戴時對皮膚表面的環境要求高，且舒適度低。

并且基于傳感器的手部動作識別方法，常利用多個通道的數據，提取相應的時域、頻域、時頻域的特征，利用特定的數據分類算法，完成動作分類與識別。在實際應用時，要精確識別出多個不同手勢，則需要多個通道的傳感器信號。而傳感器數量的增加，一方面造成系統復雜度提升，另一方面也帶來了更大的噪聲干擾。因此如何實時地識別出更多的手勢，是目前亟需解決的重要問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法，以解決現有技術基于傳感器的手部動作識別方法受限制較大、數據處理易受噪聲干擾的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

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據；

(4)、基于短時能量對步驟(3)得到的手指運動數據進行編碼，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。

所述的一種基于腕部PVDF傳感器陣列的手指運動識別方法，其特征在于：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E(n)；

設每次上電初始化時，根據PVDF傳感器陣列采集的M組數據計算得到的背景噪聲的幅值平均值為x_nois，其中M組數據的總時長不少于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。