[发明专利]一种基于超声定位的三维笔势识别方法

权利要求书

1.一种基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤(1)三维笔势数据采集：利用超声定位技术采集用户在输入三维笔势时在空间划过轨迹的三维坐标；

步骤(2)笔势投影数据计算：计算用户输入的三维笔势空间轨迹的三维坐标在xOy、zOx和yOz三个平面上的投影坐标，并进行平滑处理，去除因用户手的抖动或环境噪声造成的微小偏差；

步骤(3)三维笔势匹配：分别在xOy、zOx和yOz三个平面上对平滑处理后的三维笔势投影坐标与系统三维笔势库中的坐标数据进行匹配，具体实现过程如下：

将系统三维笔势库中每个笔势的3个二维投影坐标矩阵作为模板矩阵；将用户输入并经平滑处理后的二维投影坐标矩阵作为目标矩阵；将用户输入的三维笔势有效区域从平滑处理后的二维投影坐标矩阵中分割出来，并缩放到与模板矩阵相同的尺寸，作为三维笔势匹配的子目标矩阵；通过计算模板矩阵和子目标矩阵的归一化互相关函数对两者的相关性进行表征，并将归一化互相关函数值作为两者之间的匹配程度，若匹配程度超过90％则认为匹配成功，执行三维笔势对应的指令；

步骤(4)三维笔势库自适应学习：根据用户三维笔势习惯对系统三维笔势库进行自适应更新，使系统逐步适应用户的输入习惯。

2.根据权利要求1所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：所述步骤(1)中的三维笔势数据采集的具体实现过程如下：采用超声定位技术，首先由红外同步装置发送同步接收信号，为超声波接收器提供时间基准，之后通过笔势交互设备前端安装的超声波发生器发送超声波，通过显示终端上安装的3个超声波接收器同步接收超声波信息，从而定位出用户输入三维笔势时在空间划过轨迹的三维坐标，使用的超声波传感器发送信号频率为60Hz，即信号每隔16ms发送一次，在保证接收信号连续性的同时降低装置能耗。

3.根据权利要求1所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：所述步骤(2)中的笔势投影数据计算的具体实现过程如下：首先计算用户输入的三维笔势空间轨迹的三维坐标在xOy、zOx和yOz三个平面上的投影坐标，然后以二维投影坐标矩阵的形式存储，最后采用Savitzky-Golay平滑滤波器对3个二维投影坐标矩阵进行平滑处理，得到平滑处理后的二维投影坐标矩阵，去除因用户手的抖动或环境噪声造成的轨迹偏差；为保证系统实时性，采用3×3的Savitzky-Golay平滑滤波器模板。

4.根据权利要求1所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：所述系统三维笔势库内存储系统预先设定的三维笔势信息，实现的基本功能包括：放大、缩小、上翻、下翻、撤销、关闭、打开、前进、后退、最大化窗口、最小化窗口，每个三维笔势均以3个二维投影坐标矩阵方式被记录。

5.根据权利要求1所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：系统三维笔势库的模板矩阵采用32×32大小的二维投影坐标矩阵，用以保证系统实时处理速度和笔势识别精度；选取模板矩阵和子目标矩阵的匹配程度阈值为90％，当设定系统的匹配程度阈值为90％时可保证系统实时性，且用户绝大多数三维笔势输入意图被系统识别。

6.根据权利要求1所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：所述步骤(4)中的三维笔势库自适应学习的具体实现过程如下：当用户输入的三维笔势与系统三维笔势库中的三维笔势的匹配程度低于90％时，系统无法识别该笔势，不响应用户指令，则系统进入三维笔势库自适应学习阶段，该笔势信息暂时存入系统临时三维笔势库中，并由用户重新输入笔势信息，系统计算用户第二次输入的三维笔势与系统三维笔势库中的三维笔势、用户第二次输入的三维笔势与用户第一次输入的三维笔势或三维笔势的某二维投影坐标矩阵的匹配程度，并将匹配程度超过90％的三维笔势或三维笔势的某二维投影坐标矩阵记录入系统三维笔势库中，代替当前系统三维笔势库中的三维笔势或三维笔势的某二维投影坐标矩阵，使系统逐步适应用户的输入习惯。

7.根据权利要求6所述的基于超声定位的三维笔势识别方法，其特征在于：临时三维笔势库内存储用户输入的三维笔势，其放大、缩小、上翻、下翻、撤销、关闭、打开、前进、后退、最大化窗口、最小化窗口功能与系统三维笔势库对应，每个三维笔势均以3个二维投影坐标矩阵方式被记录。