[发明专利]一种基于超声波测距原理的手势识别方法

说明书

本发明涉及一种基于超声波测距原理的手势识别方法，属于人机交互领域。构建样本集，提取能够表示手势的特征数据；设置合适的阈值，寻找手掌回波数据，从而计算出手掌回波飞行距离，实现数据降维；借助k近邻算法实现其训练阶段和识别阶段，然后利用训练好的分类器完成识别阶段；将回波到达点检测算法移植到LabVIEW后执行手势分割算法，对数据进行处理，识别出当前手势，并将手势显示出来，最终实现手势识别。优点：无需佩戴设备即可实现动态手势特征提取，可对回波数据进行有效降维降低计算复杂度、提高相关的手势识别速度，可根据需要建立用户个性化样本集并利用实时数据进行匹配，提高相关手势识别方法的准确性。

技术领域

本发明属于人机交互领域，具体涉及一种基于超声波测距原理的手势识别方法。

背景技术

自从计算机被发明以来，人们就一直在尝试寻找最佳的人机交互方式。合适的交互方式不仅能够提高用户的学习工作效率，还能提升用户的使用体验，从而提高人们的生活质量。随着科技的不断进步，智能设备的使用场景不断增加，人机交互方式也是在不断进步的。早期的文本时代，人们通常通过键盘与计算机进行交互，后来随着图形界面的出现，又诞生了鼠标、手柄、触摸屏等新的交互方式。可以说，人机交互方式在不断的向着更加合理化和丰富化发展。特别是近几年，随着相关技术的全方面提高，更是涌现出了基于语音、手势、表情和体态等的人机交互方式。

哪种才是最好的人机交互方式可能还没有定论，但是手势识别无疑是一种优秀的、值得探索的交互方式。长久以来，人类就通过手势来进行信息交流。人与人交流时，手势和表情能传达70％的信息，而且手势具有直观、自然和丰富的优点。特别是近几年虚拟现实的技术发展的也越来越成熟，手势识别这种交互方式在虚拟环境中有显而易见的优势。所以说就目前而言，手势识别仍然是一个十分有意义的研究方向。

基于超声波的手势识别是手势识别的一个研究方向，其优点是超声波传播过程中能量不易衰减且不受光照等的影响，且超声波手势识别的硬件系统结构简单，成本较低，所以本发明重点研究超声波手势识别。

目前已有一些利用超声波进行手势识别的方法。

中国专利“超声波手势识别方法及装置”(申请号201710165982.3)公开了一种超声波手势识别方法及装置，通过提高手势特征的精准度进而提高手势特征的识别率。中国专利“一种基于超声波的凌空手势识别方法及系统”(申请号201610127516.1)公开了一种基于超声波的凌空手势识别方法及系统，不仅适用于智能移动终端，还能实现手势识别的高精度和高鲁棒性。中国专利“超声波手势识别方法及系统”(申请号201610576125.8)公开了一种融合情境感知信息的超声波手势识别方法，提高了手势识别的准确率与鲁棒性，增强了人机交互体验。

发明内容

本发明提供一种基于超声波测距原理的手势识别方法，目的在于提高相关的手势识别速度，和手势识别的准确性。

本发明采用的技术方案是：包括下列步骤：

步骤(1)根据“一发三收”超声波测距硬件的基本原理，对当前复杂情况下超声波回波信号进行分析，构建样本集，提取能够表示手势的特征数据；具体实现过程如下：

根据一个超声波发射探头和一个超声波接收探头，可以计算出手掌到两个探头的距离和，基于“一发三收”的超声波手势识别系统，即一个超声波发射探头和三个超声波接收探头组成的超声波手势识别系统，由三个接收探头收到的数据可以确定一点的空间坐标；

为了使最终的手势识别效果最佳，需要通过实验不断调整算法参数或者寻找效果更好的算法，为了保证实验的合理性，需要有足够多的样本来进行实验，同时样本应该具有代表性和推广性；

在构建了样本集后，接下来提取能够表示手势的特征数据一次完整的数据采集，总共有三路接收电路，每一路接收Q个回波数据，也就是说一次完整采集，得到是一个的3×Q矩阵记为data，称为一帧数据；