手勢識別方法及使用該方法的手掌虛擬鍵盤及其輸入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種虛擬輸入裝置，具體地說是一種基于腕部生物電和手指位置的手掌虛擬鍵盤及其輸入方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)代工作和生活中不可或缺的一部分，鍵盤作為人機(jī)交互的重要輸入設(shè)備，其作用更是無法替代。由于人們對電子設(shè)備的使用變得日益普遍，這就要求這些設(shè)備具有較好的可移動性和便攜性。目前，鍵盤主要有實(shí)體硬鍵盤和觸摸屏軟鍵盤兩種，由于尺寸的限制，這兩種鍵盤在便攜性和易操作性上始終是相互矛盾的，虛擬鍵盤的產(chǎn)生解決了鍵盤在便攜性和易操作性之間的矛盾。
[0003]現(xiàn)有的虛擬鍵盤采用的是投影方式，需要時通過光投照形成所需的鍵盤的影像，不使用時會完全消失。該光學(xué)虛擬鍵盤一般是通過激光在媒介上顯示虛擬鍵盤，用戶進(jìn)行鍵盤輸入，采用單個攝像頭進(jìn)行圖像采集，通過自動光學(xué)檢測完成信息識別，鍵盤觸發(fā)相應(yīng)，用戶獲得該響應(yīng)消息。但是該虛擬鍵盤使用光投影，光線容易遮擋視線，影響使用。在專利文獻(xiàn)CN102750044A中，公開了一種虛擬鍵盤裝置和實(shí)現(xiàn)方法，圖像采集檢測單元采集用戶的手掌位置及手指的坐標(biāo)，并將用戶的手掌顯示在實(shí)際鍵盤上，當(dāng)鍵盤模擬顯示單元提示確認(rèn)某個按鍵時，虛擬鍵盤標(biāo)定單元根據(jù)采集到的手指的坐標(biāo)標(biāo)定出虛擬鍵盤的位置和大小，運(yùn)動跟蹤定位單元根據(jù)采集到的手指的坐標(biāo)，顯示在實(shí)際鍵盤上的手指位置以及標(biāo)定出的虛擬鍵盤的位置和大小確定按下某個按鍵。但是，該方案中需要使用攝像頭采集用戶手部圖像，來獲得原始數(shù)據(jù)，通過分析才能得到用戶的手掌位置和手指坐標(biāo)，攝像頭為了采集清晰完整的圖像，其設(shè)置位置具有一定的要求，否則不能得到完整的圖像，導(dǎo)致該設(shè)備的安裝難度增加。此外，該光學(xué)方式的虛擬鍵盤，需要位置固定的激光投影裝置或攝像頭裝置，便攜性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的虛擬鍵盤需要使用攝像機(jī)采集圖像、安裝不方便的問題，從而提出一種無需使用攝像頭、安裝簡單方便的手勢識別方法以及基于該方法的手掌虛擬鍵盤及其輸入方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的提供一種手勢識別方法及使用該方法的手掌虛擬鍵盤及其輸入方法。
[0006]一種手勢識別方法，包括如下步驟:
[0007]設(shè)置在腕部的生物電傳感器采集用戶手勢運(yùn)動時的生物電信號，設(shè)置在拇指上的位置傳感器采集拇指的運(yùn)動軌跡以及加速度信號；
[0008]將生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段；
[0009]分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提?。?br>[0010]將提取后的所述生物電信號和加速度信號的特征值進(jìn)行融合，得到手勢特征；
[0011]將所述手勢特征輸入預(yù)先設(shè)置的手勢識別模型進(jìn)行識別，識別出用戶的手勢。
[0012]優(yōu)選地，所述“將處理后的生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段”的過程，包括:
[0013]將生物電信號，首先通過平均濾波器獲得信號的基線，然后使用原始信號減去基線，得到消除了低頻漂移的平穩(wěn)信號；然后，使用時間窗獲得生物電信號的窗內(nèi)能量；之后將該能量幅值進(jìn)行歸一化，即將信號的絕對數(shù)值變?yōu)?-1之間的相對數(shù)值，在0-1內(nèi)設(shè)定一個閾值，如果信號能量連續(xù)有若干個采樣點(diǎn)高于此閾值，則認(rèn)為信號此處為手勢活動段的起點(diǎn)，此后為活動段內(nèi)部，直到連續(xù)若干個采樣點(diǎn)低于閾值，則認(rèn)為信號此處為手勢活動段的終點(diǎn)=。
[0014]優(yōu)選地，所述“分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提取”的過程，包括:
[0015]將一個活動段內(nèi)的生物電信號，將每個類別的所有采樣點(diǎn)的絕對值計(jì)算均值，然后計(jì)算特征值，構(gòu)成一個多維特征向量；
[0016]將一個活動段內(nèi)的加速度信號，分別計(jì)算在三維方向上的加速度以及合加速度，組成一個4維向量。
[0017]優(yōu)選地，所述手勢識別模型通過對所述手勢特征的訓(xùn)練來建立，其過程包括:
[0018]將融合后的手勢特征作為一個整體，送入分類器進(jìn)行訓(xùn)練，得到分類器模型，作為手勢識別模型。
[0019]優(yōu)選地，將生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理之前，還包括預(yù)處理的過程，具體包括:
[0020]對所述信號采集單元得到的生物電信號和加速度信號進(jìn)行降噪濾波處理，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0021]一種手勢識別系統(tǒng)，包括:
[0022]信號采集單元，包括設(shè)置在腕部的生物電傳感器和設(shè)置在拇指上的位置傳感器，生物電傳感器采集用戶手勢運(yùn)動時的生物電信息，位置傳感器采集拇指的運(yùn)動軌跡以及加速度；
[0023]信號分割單元，將預(yù)處理后的生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段；
[0024]特征提取單元，分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提?。?br>[0025]特征融合單元，將提取后的所述生物電信號和加速度信號的特征值進(jìn)行融合，得到手勢特征；
[0026]將手勢特征輸入預(yù)先建立的手勢識別模型中進(jìn)行識別，識別出用戶的手勢。
[0027]—種使用上述手勢識別方法或系統(tǒng)的手掌虛擬鍵盤，包括:
[0028]信號采集單元，包括設(shè)置在腕部的生物電傳感器和設(shè)置在拇指上的位置傳感器，所述生物電傳感器采集用戶手勢運(yùn)動時的生物電信息，所述位置傳感器采集拇指的運(yùn)動軌跡以及加速度；
[0029]信號預(yù)處理單元，對所述信號采集單元得到的生物電信號和加速度信號進(jìn)行降噪濾波處理，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0030]信號分割單元，將信號預(yù)處理單元處理后的生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段；
[0031]特征提取單元，分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提?。?br>[0032]特征融合單元，將所述生物電信號和加速度信號的特征值進(jìn)行融合，得到手勢特征；
[0033]手勢識別單元，包括預(yù)先設(shè)置的手勢識別模型，將待識別手勢特征輸入所述手勢識別模型進(jìn)行識別，得到識別出用戶的手勢；
[0034]字符映射單元，根據(jù)預(yù)先定義的手勢與所述字符的對應(yīng)關(guān)系，獲得識別出的手勢對應(yīng)的字符。
[0035]優(yōu)選地，還包括一個或多個字符集單元，該字符集單元中設(shè)置有手勢與該手勢對應(yīng)的字符。
[0036]優(yōu)選地，還包括字符集切換單元，選擇一個字符集單元作為目前手勢進(jìn)行字符匹配的字符集。
[0037]優(yōu)選地，所述手勢識別模型使用所述手勢特征通過訓(xùn)練來建立。
[0038]優(yōu)選地，所述生物電傳感器放置在用戶腕部的肌群表面，獲得用戶手勢運(yùn)動的生物電信號，所述生物電信號包括皮膚下的肌電信號和皮膚表面的阻抗變換信號。
[0039]一種使用上述手掌虛擬鍵盤的輸入方法，包括如下步驟:
[0040]設(shè)置在腕部的生物電傳感器采集用戶手勢運(yùn)動時的生物電信號，設(shè)置在拇指上的位置傳感器采集拇指的運(yùn)動軌跡以及加速度信號；
[0041]對信號進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段；
[0042]分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提取；
[0043]將提取后的所述生物電信號和加速度信號的特征值進(jìn)行融合，得到手勢特征；
[0044]使用所述手勢特征建立訓(xùn)練模型，得到手勢識別模型；
[0045]將待識別手勢特征輸入所述手勢識別模型進(jìn)行識別，識別出用戶的手勢；
[0046]根據(jù)預(yù)先定義的手勢與所述字符的對應(yīng)關(guān)系，獲得識別出的手勢對應(yīng)的字符。
[0047]本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)，
[0048](I)本發(fā)明提供一種手勢識別方法，通過設(shè)置在腕部的生物電傳感器采集用戶手勢運(yùn)動時的生物電信號，設(shè)置在拇指上的位置傳感器采集拇指的運(yùn)動軌跡以及加速度信號；然后將將生物電信號和加速度信號進(jìn)行分割處理，得到手勢活動段；并分別針對手勢活動段內(nèi)的生物電信號和加速度信號進(jìn)行特征提??；再將提取后的所述生物電信號和加速度信號的特征值進(jìn)行融合，得到手勢特征；最后，將所述手勢特征輸入預(yù)先設(shè)置的手勢識別模型進(jìn)行識別，識別出用戶的手勢。該手勢識別方法使用生物電傳感器和位置傳感器獲得生物電信號和加速度信號，并通過該信號來進(jìn)行手