一種手勢(shì)識(shí)別傳感器及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于手勢(shì)識(shí)別領(lǐng)域，具體說是一種手勢(shì)識(shí)別傳感器及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]手勢(shì)識(shí)別是進(jìn)行人機(jī)交互最為直接和有效的手段，通過手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，用戶可以用手勢(shì)去控制身邊的各種電子設(shè)備，操作簡(jiǎn)單快捷，如控制手機(jī)，電腦，車載電子設(shè)備等。由于人體手勢(shì)的多樣性和復(fù)雜度較高，要實(shí)現(xiàn)較為精確和可靠的手勢(shì)識(shí)別，難度極大，這也是目前市場(chǎng)上沒有應(yīng)用比較成熟的手勢(shì)識(shí)別方案的原因。目前手勢(shì)識(shí)別的技術(shù)方案一般有兩種:1、基于數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng);其工作原理是通過使用者佩戴特制的傳感手套，該手套上裝有多個(gè)可檢測(cè)人體手腕，手指彎曲，擺動(dòng)等特定動(dòng)作的傳感器，當(dāng)手勢(shì)發(fā)生變化時(shí)，傳感器檢測(cè)到信號(hào)變化，通過數(shù)據(jù)傳感器傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，和預(yù)設(shè)的模型進(jìn)行匹配，最終判斷出具體的手勢(shì)類型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該種手勢(shì)識(shí)別方法最主要的缺點(diǎn)是使用者需要佩戴復(fù)雜的數(shù)據(jù)手套，該手套不僅佩戴極為不便，且成本極高，只能應(yīng)用在少數(shù)一些較為固定的場(chǎng)所。2、基于圖像處理的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)；其工作原理是通過單個(gè)或者多個(gè)圖像采集傳感器，采集人體手勢(shì)的圖形影像數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行成像分析，最終和之前建立的手勢(shì)模型進(jìn)行比對(duì)分析，判斷書具體的手勢(shì)姿態(tài)，其具體工作流程框圖如圖2所示。該種方案使用者雖然不用像方案I中需要佩戴額外設(shè)備，使用簡(jiǎn)單，但是其最大的缺點(diǎn)是受環(huán)境影響過于明顯，在光線不足或者強(qiáng)光下，圖像傳感器所采集的數(shù)據(jù)失真過大，即使通過復(fù)雜的算法進(jìn)行還原，也很難得到真實(shí)的圖像數(shù)據(jù)，因此其識(shí)別可靠性較差，只能在一些環(huán)境較為理想的地方使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種手勢(shì)識(shí)別傳感器及其工作方法，該傳感器采用了與傳統(tǒng)手勢(shì)識(shí)別傳感器完全不同的識(shí)別方法，具有很高的可靠性和識(shí)別精度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種手勢(shì)識(shí)別傳感器，包括:可進(jìn)行波形編程的鎖相環(huán)PLL、壓控振蕩器VC0、發(fā)射天線、接收天線、混頻器、中頻模擬電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和信號(hào)處理模塊;所述的壓控振蕩器VCO分別與鎖相環(huán)PLL、發(fā)射天線連接;所述混頻器分別與接收天線、中頻模擬電路的一端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC分別與中頻模擬電路的另一端、信號(hào)處理模塊連接。
[0005]進(jìn)一步的，所述發(fā)射天線為一路;所述接收天線為四路。
[0006]進(jìn)一步的，所述的混頻器和中頻模擬電路為零中頻架構(gòu)。
[0007]—種上述手勢(shì)識(shí)別傳感器的工作方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0008]S1:用戶通過可進(jìn)行波形編程的鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生三角波與恒平波電壓波形；
[0009]S2:電壓波形驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器VCO產(chǎn)生調(diào)頻波形，通過發(fā)射天線發(fā)射出去，電磁波遇到人體手勢(shì)后反射，經(jīng)過接收天線接收；
[0010]S3:經(jīng)接收天線接收的信號(hào)進(jìn)入到混頻器，信號(hào)經(jīng)過混頻器下變頻后變?yōu)橹蓄l信號(hào)進(jìn)入中頻模擬電路；
[0011]S4:中頻模擬電路經(jīng)過放大濾波后到達(dá)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行采樣把攜帶手勢(shì)目標(biāo)發(fā)射信息的數(shù)據(jù)發(fā)送給信號(hào)處理單元；
[0012]S5:信號(hào)處理單元經(jīng)過信號(hào)處理后判斷具體的手勢(shì)類別。
[0013]進(jìn)一步的，手勢(shì)類別包括:三角波區(qū)域?qū)Ρ冉邮仗炀€I和Π的相位變化，若接收天線I的相位先滯后接收天線Π，后超前接收天線Π，則手往左移動(dòng);若接收天線I的相位先超前接收天線Π，后滯后接收天線Π，則手往右移動(dòng)；
[0014]三角波區(qū)域?qū)Ρ冉邮仗炀€I和m的相位變化，若接收天線I的相位先滯后接收天線m，后超前接收天線m，則手往上移動(dòng);若接收天線I的相位先超前接收天線m，后滯后接收天線m，則手往下移動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步的，手勢(shì)類別包括:三角波區(qū)域?qū)Ρ冉邮仗炀€I和IV的相位變化，若接收天線I的相位先滯后接收天線IV，后超前接收天線IV，則手往左上45°移動(dòng);若接收天線I的相位先超前接收天線IV，后滯后接收天線IV，則手往右下45°移動(dòng)；
[0016]三角波區(qū)域?qū)Ρ冉邮仗炀€π和m的相位變化，若接收天線π的相位先超前接收天線m，后滯后接收天線m，則手往左下45°移動(dòng);若天線π的相位先滯后天線m，后超前天線m，則手往右上45°移動(dòng)。
[0017]進(jìn)一步的，手勢(shì)類別包括:恒平波區(qū)域?qū)Ρ热我粋€(gè)接收天線的I路和Q相位，若I路相位滯后Q路，則手做靠近移動(dòng);若1路相位超前Q路則手做遠(yuǎn)離移動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步的，手勢(shì)類別包括:三角波區(qū)域檢測(cè)接收天線I和Π的相位，若兩者的相位超前滯后來回交叉變化，則手在左右擺動(dòng)；
[0019]三角波區(qū)域檢測(cè)接收天線I和m的相位，若兩個(gè)的相位超前滯后來回交叉變化，則手在上下擺動(dòng)。
[0020]作為更進(jìn)一步的，手勢(shì)類別還包括:三角波區(qū)域檢測(cè)到兩個(gè)目標(biāo)做遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，則為放大手勢(shì);兩個(gè)目標(biāo)做靠近運(yùn)動(dòng)，則為縮小手勢(shì);兩個(gè)目標(biāo)做交叉運(yùn)動(dòng)，則為旋轉(zhuǎn)手勢(shì)。
[0021 ]作為更進(jìn)一步的，上述方法中，采用毫米波雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)手勢(shì)。
[0022]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，能夠取得如下的技術(shù)效果:該手勢(shì)識(shí)別傳感器采用了與傳統(tǒng)手勢(shì)識(shí)別傳感器完全不同的識(shí)別方法，具有很高的可靠性和識(shí)別精度。本發(fā)明與其它手勢(shì)識(shí)別傳感器相比具有如下優(yōu)勢(shì):本發(fā)明進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別采用雷達(dá)原理，不受光線，背景色等環(huán)境影響；雷達(dá)依靠電磁波進(jìn)行檢測(cè)，無論光線強(qiáng)弱，背景為何種顏色，手上手否帶有手套等，電磁波都能毫不受影響的檢測(cè)到人體手的真實(shí)目標(biāo)，這個(gè)是傳統(tǒng)光學(xué)成像識(shí)別系統(tǒng)永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)的;本發(fā)明采用毫米波雷達(dá)頻段進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度非常高；由于毫米波雷達(dá)頻段電磁波波長(zhǎng)小，目標(biāo)在該頻段下目標(biāo)特性明顯，特別適合手勢(shì)等小幅度運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，此場(chǎng)景下檢測(cè)精度非常高，其它的成像方法識(shí)別是根據(jù)成像結(jié)果來和預(yù)設(shè)的手勢(shì)模型進(jìn)行匹配，信號(hào)處理過程中進(jìn)行了很大的模糊處理，精度較差。
[0023]本發(fā)明依靠系統(tǒng)硬件即可實(shí)現(xiàn)多種手勢(shì)檢測(cè)，對(duì)算法的依賴程度低;本發(fā)明傳感器采用了一發(fā)四收雷達(dá)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)手勢(shì)檢測(cè)，可檢測(cè)多手勢(shì)多目標(biāo)檢測(cè)，后續(xù)不需要太多算法進(jìn)行處理，傳統(tǒng)的基于圖像成像理論的識(shí)別系統(tǒng)，前端傳感器只是負(fù)責(zé)采集圖像數(shù)據(jù)，后面需要進(jìn)行大量復(fù)雜的算法運(yùn)算。本發(fā)明可以很方便的調(diào)整識(shí)別距離，識(shí)別目標(biāo)數(shù)量等，具有非常高的可擴(kuò)展性；用戶可以通過調(diào)整雷達(dá)傳感器的發(fā)射功率，調(diào)制波形等，來匹配各種不同的使用場(chǎng)景，傳統(tǒng)的圖像成像的方法由于受到光學(xué)傳感器的限制，其使用場(chǎng)景具有很高的局限性。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明共有附圖5幅:
[0025]圖1為【背景技術(shù)】中基于數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)組成示意圖；
[0026]圖2為【背景技術(shù)】中基于圖像處理的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)工作示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明手勢(shì)識(shí)別傳感器系統(tǒng)組成框圖；
[0028]圖4為手勢(shì)識(shí)別傳感器雷達(dá)調(diào)制波形圖；
[0029]圖5為手勢(shì)識(shí)別傳感器天線結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一種手勢(shì)識(shí)別傳感器，包括:可進(jìn)行波形編程的鎖相環(huán)PLL、壓控振蕩器VC0、發(fā)射天線、接收天線、混頻器、中頻模擬電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和信號(hào)處理模塊;所述的壓控振蕩器VCO分別與鎖相環(huán)PLL、發(fā)射天線連接;所述混頻器分別與接收天線、中頻模擬電路的一端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC分別與中頻模擬電路的另一端、信號(hào)處理模塊連接，所述發(fā)射天線為一路;所述接收天線為四路。
[0033]—種上述手勢(shì)識(shí)別傳感器的工作方法，采用毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的探測(cè)與識(shí)別，其組成如圖3所示，是通過以下步