[發明專利]一種基于模塊匹配的手勢識別裝置及識別方法

在審

• 申請號: 201910772272.6
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110673781A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 張嘉楠;金豫
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G06F3/0488
• 分類號: G06F3/0488;G06F3/044;G06F3/041
• 代理公司: 31257 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 董紅曼

本發明一種基于模塊匹配的手勢識別裝置，包括用于采集手勢信息的電極板模塊；數據轉換模塊，其采用電容式傳感的FDC2214芯片，該模塊將前級傳來的原始電容值數據進行處理，包括初步降噪和數據轉換；單片機數據處理模塊，該模塊從數據轉換模塊讀出電容值數據，對數據進行再次降噪處理，去除電路和環境造成的干擾；根據觸摸屏返回的控制命令如存儲數據、對比手勢數據等進行下一步的操作，并將相關結果返回至觸摸屏顯示；觸摸屏控制與顯示模塊，該模塊能實時顯示單片機數據處理模塊處理數據的結果，并將使用者的操作指令傳遞給單片機數據處理模塊。

技術領域

本發明涉及內容信號處理以及模式識別領域。具體來講，主要是使用FDC2214EVM數據轉換模塊將不同的不同手勢產生的屬于模擬量的電容數據轉化為數字量的電容數據，數據流入STM32F407控制器后，運用特定算法匹配，從而準確、快速的識別出不同的手勢，并將識別結果展示在顯示模塊上。

背景技術

手勢識別是通過數學算法來識別人類手勢的一種方式，手勢識別使人們能與計算機進行交互。如今廣泛使用的手勢識別技術主要有基于機器視覺的手勢識別和基于傳感器的手勢識別等。基于機器視覺的手勢識別無需媒介、有較高的識別精度，但是其設備復雜昂貴、限制了使用者的活動范圍、對環境的依賴度較高。

發明內容

本發明利用人的不同手勢在電極板模塊上與各電極形成的電容大小不同；通過FDC2214EVM數據轉換模塊將模擬電容信號轉換為數字電容值；STM32F407單片機讀取FDC2214EVM數據轉換模塊轉換后的數字電容值；通過滑動平均濾波算法和匹配算法處理數據；觸摸屏不僅將使用者的控制信息傳遞給單片機，而且接收單片機得到的信息，并將使用者的手勢信息正確地顯示在觸摸屏上。

該裝置一共由三層電路底板構成，層與層之間通過排針相互連接，各個模塊與這三層電路底板都是以排針直插的方式連接的。這樣的設計方便了各個模塊的更換，也極大的減小了導線對電路的干擾，同時減小了裝置占用的水平空間大小。第一層(最上面一層)是采集手勢信息的電極板模塊電路；第二層(中間層)是FDC2214EVM數據轉換模塊所在層，該層同時與第一層和第三層相連接；第三層(最下面一層)是底層控制電路層，放置了STM32F407單片機數據處理模塊和觸摸屏控制與顯示模塊，同時該層與第二層相連接。本發明的技術解決方案如下：

該手勢識別裝置由以下模塊構成：

模塊1：采集手勢信息的電極板模塊。在信號傳遞鏈路中，前端采集手勢信息的模塊得到的原始電容值數據越準確、數據波動越小，則越有利于后級對數據的處理后快速得到正確結果。

模塊2：FDC2214EVM數據轉換模塊。該模塊采用了電容式傳感的FDC2214芯片。電容式傳感是一種低功耗、低成本且高分辨率的非接觸式感測技術，適用于從接近檢測到手勢識別的各項應用。電容式傳感應用靈敏度的主要限制因素在于傳感器的噪聲敏感性。FDC2214采用創新型抗EMI架構，即使在高噪聲環境中也能維持性能不變。同時，該芯片采用基于窄帶的創新型架構，可對噪聲和干擾進行高度抑制，同時在高速條件下提供高分辨率。該模塊將前級傳來的原始電容值數據進行處理，包括初步降噪(將環境造成的數據波動濾除)和數據轉換(將原始模擬的電容值數據轉化為數字電容值數據)。

模塊3：STM32F407單片機數據處理模塊。該模塊從FDC2214EVM數據轉換模塊讀出電容值數據，對數據進行再次降噪處理，去除電路和環境造成的干擾；根據觸摸屏返回的控制命令如存儲數據、對比手勢數據等進行下一步的操作，并將相關結果返回至觸摸屏顯示。

模塊4：觸摸屏控制與顯示模塊。該模塊能實時顯示STM32F407單片機數據處理模塊處理數據的結果，并將使用者的操作指令傳遞給STM32F407單片機數據處理模塊。