一种基于坐标变换的手势识别方法
【专利摘要】本发明提出一种基于坐标变换的手势识别方法，该方法将手势的动作拟化到二维坐标系上，X轴拟化手势的左右滑动，Z轴拟化手势的靠近和远离，当手势触发红外中断时，系统开始定时采样红外数据，根据采集的有效数据值将手势运动点映射为X轴和Z轴上的一对坐标值，运用最小二乘法将多组坐标值分别归化为X轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线以及Z轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线，根据直线的斜率判断手势的左滑或右滑，根据直线的斜率判断手势的靠近或远离。本发明保证安全驾驶的同时方便简捷地操作车载影音娱乐系统，有效的解决由于繁琐的操作而出现的汽车驾驶安全隐患。
【专利说明】一种基于坐标变换的手势识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及手势识别【技术领域】，特别涉及一种基于坐标变换的手势识别方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车保有量的迅速增加，人们对汽车安全的重视程度越来越高。车辆在行驶过程中，车主操作车载GPS、DVD等娱乐系统时，必须抽出手来去按键或者触摸HMI界面点击图标，同时还要低头查看操作界面，然后再选择所需求的功能，这样在驾驶过程中会不可避免的会出现安全隐患，严重者甚至会造成不可挽回的人身财产损失。
[0003]而针对技术本身而言，现有的手势识别都是采用空间算法计算手势的空间运动轨迹，算法复杂，模块较多，成本较高；同时对于车载影音娱乐系统而言，功能过于繁杂,成本较高，显得华而不实。
[0004]因此，在保证车主安全驾驶的同时，又方便其对娱乐影音系统的操作，本文提出了一种基于坐标变换的手势识别算法。该算法主要用于车载娱乐影音系统的手势识别模块，其特点是可迅速准确地识别车主的手势如接近、离开、左滑、右滑等状态，使得车主在不影响驾驶的情况下，更加方便地进行娱乐影音系统的各种操作。
[0005]当前针对车载影音娱乐系统的手势识别算法专利较少，与传统行业相关技术相t匕，以专利公开(公告)号102880287A为例，有计算模块和加速度判断模块等，模块较多，装置采用摄像头等采集手势运动轨迹，成本较高。与之相比，本专利模块更少，成本更低，算法更简洁，功能对产品的针对性更强。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的是提供一种基于坐标变换的手势识别方法，解决传统手势识别算法中模块较多、装置复杂以及成本较高等问题。
[0007]一种基于坐标变换的手势识别方法，该方法按照以下步骤进行:
步骤一、建立一个二维度坐标系，X轴代表水平方向，Z轴代表垂直方向，将手势的动作拟化到坐标系上，X轴拟化为手势相对于操作体的左滑或右滑，Z轴拟化为手势相对于操作体的接近或离开，且X轴和Z轴有效区段的坐标值均为O?H，H为根据实际需要设定的正整数，有效区段是指能够触发中断的手势所在的有效区域分别映射至X轴和Z轴的部分，操作体指手势的作用对象；
步骤二、在X轴方向上有效区域内等间距地设置K个红外线传感器Gi (i < K)，用于采集人体的红外数据，其中Κ32;
步骤三、当手势在有效区域，则触发中断，系统开始对各传感器采集的红外数据进行定时采样得到数据值Di (i SK)；
步骤四、根据采样得到的数据值Di将当前手势运动点B映射为二维坐标系值，映射方法为:
X轴的映射:观测采样得到的数据值，将映射点初步定位在数据值较大的两个传感器Gj.Gi所界定的坐标段内，将该坐标段等分成DdDj等份；每份的值为1/( DJDj)，根据传感器数值与感应距离成反比的关系，映射点到Gi的单位值为D/( DdDp，根据坐标轴的实际标值可计算得出当前手势运动点B映射至X轴的坐标值为(H/K-1)* Dj/( DdDj)+ (H/K-1)*(1-l)；
Z轴的映射:将Z轴的有效区域进行255等份，每等份为1/255，取最大红外传感器的值Dj,则Z轴原点至映射点的单位值为1-D/255，根据坐标轴的实际标值可计算得出当前手势运动点B映射至Z轴的坐标值为WK1-D/255)；
步骤五、通过最小二乘法，将多个手势运动点映射至二维坐标系上的多组坐标值分别归化为X轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线，以及Z轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线；
步骤六、通过上述归化所得直线、的斜率来判断手势运动状态。
[0008]优选地，所述步骤六中，判断手势运动状态的方法具体为:当的斜率大于零时，则判断手势为自左向右滑动；反之当斜率小于零时，则判断手势自右向左滑动；当的斜率大于零时，则判断手势为远离；反之当斜率小于零时，则判断手势为靠近。
[0009]优选地，所述步骤三中，预设一个红外数据阈值，当红外线传感器采集的红外数据大于预设阈值时，则表示手势处在有效区域内，中断即被触发，系统开始定时采样。
[0010]优选地，系统定时采样获得采样数据后，将采样数据值低于预设阈值的无效数据滤除。
[0011]优选地，当手势完成离开中断区域，系统检测到感应的数据全部为无效数据后，关闭定时器，等待下一次中断。
[0012]优选地，根据手势运动速度确定采样定时器的计量单位。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果:
1、本方案主要针对车载影音娱乐系统，极大的提升了该系统的可操作性，能有效的解决由于繁琐的操作而出现的汽车驾驶安全隐患；
2、本方案与现有传统行业手势识别技术相比，算法更简单可行，模块更少，算法和功能对产品的针对性更强；
3、本方案已实施到车载GPS导航产品，并实验测试，结果证明算法安全可靠，实用性闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本发明手势运动原理示意图；
图2是本发明手势运动二维坐标变换原理图；
图3为最小二乘法直线拟化原理图；
图4是本发明软件算法原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]本发明提供一种基于坐标变换的手势识别方法，该方法主要按以下方面进行:
1、二维坐标系的建立
建立二维坐标系如图1所示，其中，X轴代表水平方向，拟化为手势的左滑右滑，Z轴代表垂直方向，拟化为手势的接近离开，G1、G2、G3分别代表红外传感器的位置，0、1、2相连所绘制的曲线为Z轴方向上有效区域的边界线，曲线以内为有效区，曲线以外为无效区，A、B、C为模拟的手势移动曲线，为方便计算，选用3个红外线传感器。
[0018]为提高手势判断精确性，需尽可能多的数据来进行分析，因此采用定时器来设定采样频率，一旦触发中断，系统定时采样，然后根据算法计算，判断手势动作。
[0019]2、一维数据映射为二维坐标系(x，z)值方法
如图2所示，手势触发红外中断，系统定时采集数据，以当前手势在B点为例，采样点数据有三个，即传感器I值为m、传感器2值为n，传感器3值为p。设计算法如下:
X为方便等分换算，将X轴13段、Z轴14段均转换为数值范围为(Γ100的二维坐标系。
[0020]S:针对χ轴的映射关系:
步骤一；观测红外值，有n>m>p。
[0021]步骤二:由于传感器3感应值P较传感器I感应值m小，故将手势B点定位在12段范围。
[0022]步骤三:将手势B点映射到χ轴靠近2，也即H点处。
[0023]步骤四:手势B点映射到χ轴的值为50*n/ (m+n)。
[0024]坐标变换算法:n是传感器2的感应数值，s为选用传感器个数3，将χ轴三个传感器的距离100等份，则线段12与23均为50，由于传感器数值与感应距离成反比，将12线段等分成m+n等份，B点映射到χ轴上的点为H，每份的值为I/ (m+n), IH段映射单位值为n/(m+n)，H2段映射单位值为m/ (m+n)，则B点映射到χ轴的值为50*n/ (m+n)。
[0025].1:针对z轴的映射关系:
步骤一:取最大红外传感器的值η。
[0026]步骤二:手势B点映射到ζ轴的值为100* (l-n/255)。
[0027]坐标变换算法:由于传感器感应值与ζ轴感应距离成反比，先将ζ轴的有效区域14段255等份，B点映射到ζ轴上的点为S，每份的值为1/255，映射IS段的单位值为(l-n/255)，再将ζ轴的有效触发距离14段转化为与χ轴一致的(TlOO的二维坐标系，则B点映射到ζ轴的值为:(l-n/255) *100。
[0028]3、手势识别判断算法
考虑到红外传感器值浮动偏差，单纯比较相邻两组数据的X轴、Z轴的值很可能出现误报，因此拟采用多组数据分析，然后通过最小二乘法，将多组数据归化为最接近的一条直线，通过该直线的斜率来判断手势状态。
[0029]最小二乘法拟化直线原理:设X和y之间的函数关系为:y = bx+a。
[0030]式中有两个待定参数，b代表斜率，a代表截距。对于等精度测量所得到的N组数据(Xi，yi)，i = 1,2……，N，Xi (count采样数据个数)值被认为是准确的，所有的误差只联系着Ji (X，ζ轴的值)。利用最小二乘法把观测数据拟合为直线。
[0031]用最小二乘法估计参数时，要求观测值yi的偏差的加权平方和为最小。对于等精度观测值的直线拟合来说，可使下式的值最小:
【权利要求】
1.一种基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、建立一个二维度坐标系，X轴代表水平方向，Z轴代表垂直方向，将手势的动作拟化到坐标系上，X轴拟化为手势相对于操作体的左滑或右滑，Z轴拟化为手势相对于操作体的靠近或离开，且X轴和Z轴有效区段的坐标值范围均为O?H，H为根据实际需要设定的正整数，所述操作体指手势的作用对象，所述有效区段是有效区域分别映射至X轴和Z轴的部分，其中，所述有效区域是指能够触发中断的手势所在坐标系内的区域； 步骤二、在X轴方向上有效区段内等间距地设置K个红外线传感器Gi (i < K)，用于采集人体手部的红外数据，其中K > 2 ; 步骤三、当手势处于有效区域，则触发中断，系统开始对各传感器采集的人体手部红外数据进行定时采样得到数据值Di (i ^ K)； 步骤四、根据采样得到的数据值Di将当前手势运动点B映射为二维坐标系值，映射方法为: X轴的映射:观测采样得到的数据值，将映射点初步定位在数据值较大的两个传感器Gj.Gi所界定的坐标段内，将该坐标段等分成DdDj等份；每份的值为1/( DJDj)，根据传感器数值与感应距离成反比的关系，映射点到Gi的单位值为D/( DdDp，根据坐标轴的实际标值可计算得出当前手势运动点B映射至X轴的坐标值为(H/K-l)* Dj/( DdDj)+ (H/K-1)*(1-l)； Z轴的映射:将Z轴的有效区域进行255等份，每等份为1/255，取最大红外传感器的值Dj,则Z轴原点至映射点的单位值为1-D/255，根据坐标轴的实际标值可计算得出当前手势运动点B映射至Z轴的坐标值为WK1-D/255)； 步骤五、通过最小二乘法，将多个手势运动点映射至二维坐标系上的多组坐标值分别归化为X轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线，以及Z轴上的坐标值与采样次数之间的关系所形成的最接近的一条直线； 步骤六、通过上述归化所得直线、的斜率来判断手势运动状态。
2.如权利要求1所述的基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:所述步骤六中，判断手势运动状态的方法具体为:当的斜率大于零时，则判断手势为自左向右滑动；反之当斜率小于零时，则判断手势自右向左滑动；当的斜率大于零时，则判断手势为远离；反之当斜率小于零时，则判断手势为靠近。
3.如权利要求1或2所述的基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:所述步骤三中，预设一个红外数据阈值，当红外线传感器采集的红外数据大于预设阈值时，则表示手势处在有效区域内，中断即被触发，系统开始定时采样。
4.如权利要求1或2所述的基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:当手势完成离开中断区域，系统检测到感应的数据全部为无效数据后，关闭定时器，等待下一次中断。
5.如权利要求1或2所述的基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:根据手势运动速度确定采样定时器的计量单位。
6.如权利要求3所述的基于坐标变换的手势识别方法，其特征在于:系统定时采样获得采样数据后，将采样数据值低于预设阈值的无效数据滤除。
【文档编号】G06F3/01GK104182037SQ201410271688
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】朱剑, 赵岩, 杨峰, 陈保利 申请人:惠州市德赛西威汽车电子有限公司