[发明专利]一种基于电荷感应的两方向手势追踪装置及方法

说明书

本发明提出了一种基于电荷感应的两方向手势追踪装置及方法。在手势挥动的方向和位置上放置两个呈一定间距的金属极板做主极板获取手势挥动信号，在两主极板下方一定距离处放置一个金属极板做参考极板用于去除非手势挥动干扰信号，这三个金属极板分别接入三个电荷传感器，将极板上感应到的电荷量转化为电压量并做微分处理，通过单片机采集和处理单元，比较两个主极板对应的电压波形过零点的先后顺序，实现两方向手势追踪。本发明的显著特征在于：通过参考极板去除非手势挥动干扰信号，通过两个主极板感应手依次挥过时的电荷变化，检测对应电压波形过零点的先后顺序实现两方向手势追踪，无需精确测定幅值及各通道过零点的时刻，具有抗干扰能力强、隐秘性好、算法简单、易实现、低成本、抗遮挡能力强等显著优点。

技术领域

本发明涉及一种两方向手势追踪的装置及方法，尤其涉及一种通过感应电荷量变化实现两方向手势追踪的装置及方法。

背景技术

目前，手势识别主要有基于计算机视觉、基于超声波和基于惯性传感器三种实现方式。基于计算机视觉的手势识别方法通常包括数据处理、手势分析、识别分类三个过程。在数据处理阶段，通过摄像头采集手势数据并对数据作平滑、锐化等预处理；在手势分析阶段，通过选定的手势模型来估算出手势的相应特征参数；在识别分类阶段，通过特征提取与模型参数估计，实现信息识别。该方法对算法要求较高，计算过于复杂，实时性较差，对背景颜色和亮度有一定要求，由于采用摄像技术隐私性不够好，且成本较高。基于超声波的手势识别方法，利用超声波的反射信号来估计手势运动，通过多普勒效应对手势垂直方向的运动进行识别，当手靠近超声波发射器时频率会升高，远离时会降低。该方法需要时频域分析，算法复杂。基于惯性传感器的手势识别方法，已有大量研究，比如三星技术研究院的Sung-JungCho等开发的一款叫魔棒的手势输入设备，通过获取加速计信号和陀螺计信号来得到手在三维空间运动的加速度和角速度，然后应用轨迹估计算法得到二维平面的手运动的轨迹，进一步利用贝叶斯网络对得到的手势轨迹进行建模，最后通过匹配模型进行识别。该方式需要繁琐复杂的人工特征处理过程，计算量较大，且需要人体穿戴设备识别手势。为此，需要一种算法简单、低成本的手势追踪方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提出一种通过感应电荷量变化实现两方向手势追踪的装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种基于电荷感应的两方向手势追踪装置，包括三个金属极板，三个电荷传感器和一个单片机采集处理单元，其特征在于，所述三个金属极板，大小相同，材质相同，用于感应挥手引起的电荷信号；所述三个电荷传感器的输入端分别连接三个金属极板，将极板上感应到的电荷信号转化为电压信号并做微分处理；所述单片机采集处理单元连接三个电荷传感器的输出端，通过比较两个主极板对应的电压波形过零点的先后顺序，实现两方向手势追踪的判定，并输出手势方向。所述三个金属极板，在手势挥动的方向和位置上以一定间距放置两个金属极板做主极板，用于获取挥手信号，位于两个主极板下方一定距离摆放第三个金属极板做参考极板，用于去除非手势挥动干扰信号。所述两个主极板的位置间距至少大于极板本身宽度的2倍。所述参考极板距离任意两个主极板的间距至少大于金属极板本身高度的4倍。所述三个金属极板，其大小可以为半径2至10cm的圆或边长2至10cm的正方形。

上述的一种基于电荷感应的两方向手势追踪的方法，包括如下步骤：

1)将三个金属极板分别接入三个电荷传感器的输入端，三个电荷传感器的输出端均与单片机采集处理单元连接；

2)放置三个金属极板，使得两个主极板位于适合人手挥动的方向和位置，且两者间距至少大于金属极板的本身宽度的2倍，参考极板位于主极板下方且距离任意两个主极板的间距至少大于金属极板本身高度的4倍，，三个金属极板皆面向人的方向立向放置；