[发明专利]一种基于毫米波的多用户人机交互方法

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波雷达技术领域、手势识别技术和人机交互技术领域。

背景技术

毫米波雷达的研制是从40年代开始的。50年代出现了用于机场交通管制和船用导航的毫米波雷达(工作波长约为8毫米)，显示出高分辨力、高精度、小天线口径等优越性。但是，由于技术上的困难，毫米波雷达的发展一度受到限制。这些技术上的困难主要是：随着工作频率的提高，功率源输出功率和效率降低，接收机混频器和传输线损失增大。70年代中期以后，毫米波技术有了很大的进展,研制成功一些较好的功率源:固态器件如雪崩管和耿氏振荡器；热离子器件如磁控管、行波管、速调管、扩展的相互作用振荡器、返波管振荡器和回旋管等。脉冲工作的固态功率源多采用雪崩管,其峰值功率可达5～15瓦(95吉赫)。磁控管可用作高功率的脉冲功率源，峰值功率可达1～6千瓦(95吉赫)或1千瓦(140吉赫)，效率约为10％。回旋管是一种新型微波和毫米波振荡器或放大器，在毫米波波段可提供兆瓦级的峰值功率。在低噪声混频器方面，肖特基二极管(见晶体二极管、肖特基结)混频器在毫米波段已得到应用，在100吉赫范围，低噪声混频器噪声温度可低至500K(未致冷)或100K(致冷)。此外，在高增益天线、集成电路和鳍线波导等方面的技术也有所发展。70年代后期以来，毫米波雷达已经应用于许多重要的民用和军用系统中，如近程高分辨力防空系统、导弹制导系统、目标测量系统等。

毫米波雷达频带极宽，在目前所利用的35G、94G这两个大气窗口中可利用带宽分别为16G和23G，适用于各种宽带信号处理。可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，有极高的空间分辨率，跟踪精度高。有较高的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高。毫米波散射特性对目标形状的细节敏感，因而可提高多目标分辨和和对目标的识别能力与成像质量。毫米波雷达抗电子干扰性能好，具有一定的反隐身功能。此外，毫米波具有穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。

手势识别技术目前主要分三大类：基于模板匹配技术、基于概率统计技术和基于数据分类技术。模板匹配方法是先将图像序列转换为一组静态形状模式，然后在识别过程中与预先存储的行为模板进行比较，最后从中选择相似度最接近的已知模板所属类别作为被测动作的识别结果。例如，Bobick等人将目标的运动信息转化为MEI(运动能量图像)和MHI(运动历史图像)两个二维模板，采用马氏距离度量测试样本与模板之间的相似度。基于模板的技术主要有模板匹配方法、动态时间规整以及动态规划方法。基于概率统计的手势识别方法是将概率统计的方法应用到运动序列中，将其中间经历的动作定义为一个状态，之间是按照某种特定的顺序多排列的，状态和状态间的转移用概率来表示。基于概率统计的技术有隐马尔科夫模型、动态贝叶斯网络以及条件随机场等方法。基于数据分类的技术有神经网络、支持向量机等。

人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques)是指通过输入和输出设备，以有效的方式实现用户与系统信息交换的技术。理想状态下，人机交互将不再需要依赖机器语言，在没有键盘、鼠标以及触摸屏等中间设备的情况下，实现人机随时随地自由交流，从而实现用户的物质世界和虚拟网络的最终融合。