[发明专利]一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的装置和方法

权利要求书

1.一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的装置，包括9个探测电极、硬件采集电路、上位机，其特征在于，所述硬件采集电路，包括电荷传感器、放大滤波电路、单片机，用于采集人指尖的运动信号，并通过单片机串口连接上位机；所述上位机，包括手写、方向、按键三种工作模式，手写模式下对指尖在探测电极阵列上方描绘的数字轨迹进行数字识别，包括数字0-9，对数据预处理后运用BP神经网络进行识别，方向模式下对指尖在探测电极阵列上方描绘的方向轨迹进行方向识别，包括上下左右四个方向，对数据预处理后运用BP神经网络进行识别，按键模式下对指尖在探测电极阵列上方选中的按键进行识别，对信号的幅值进行分析进行识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的装置，其特征在于，探测电极为金属或其他导电材质，由9个圆形电极组成，大小一致，直径范围为1cm-2cm，且按照三行三列在同一水平平面等间距布放，间距范围为1cm-2cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的装置，其特征在于，上位机运用多线程技术，将耗时的信号分析处理和人机交互显示界面分开，主线程用于读取采集信号数据并展示波形，子线程用于调用算法进行识别。

4.一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)搭建硬件采集电路：按照三行三列在同一水平平面等间距摆放探测电极，间距范围为1cm-2cm，并开启硬件采集电路；

(2)上位机初始化：打开上位机后，设置串口信息，并打开子窗口；

(3)模式选择：可以选择“手写模式”、“方向模式”、“按键模式”；

(4)手写模式：点击“手写模式”按钮，根据上位机提示，在电极阵列平面5cm-10cm范围处完成0-9数字中的一种数字轨迹，通过数据预处理和BP神经网络算法进行手写数字识别，同时实时显示信号波形和识别结果；

(5)方向模式：点击“方向模式”按钮，根据上位机提示，在电极阵列平面5cm-10cm范围处完成上下左右方向中的一种方向轨迹，通过数据预处理和BP神经网络算法进行方向识别，同时实时显示信号波形和识别结果；

(6)按键模式：点击“按键模式”按钮，根据上位机提示，在电极阵列平面5cm-10cm范围处接近极板阵列中的一个电极，并通过每个电极信号的幅度进行按键识别，同时实时显示信号波形和识别结果。

5.根据权利要求4所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，不同手写模式信号、方向模式信号、按键模式信号具有明显不同的信号特征。

6.根据权利要求4所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，对不同模式进行不同的数据预处理，数据预处理在手写模式下按照有效信号产生的电极数量进行预分类，可以分为多类，再对有多个标签的分类进行BP神经网络算法运算，数据预处理在方向模式下按照垂直和水平方向有无有效信号产生进行预判断，并将垂直和水平方向有无信号和同一方向信号产生的时间顺序作为特征，利用BP神经网络算法二次验证。

7.根据权利要求4所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，BP神经网络采用三层结构，即输入层、一层隐藏层、输出层，输入层节点为预处理后的数据段，隐藏层节点数与输入层相当，输出层节点数与输入样本的种类一致。

8.根据权利要求7所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，输入层节点的数据段，在手写模式下为每个电极第一次产生有效信号的时间，在方向模式下根据每个电极是否产生有效信号和有效信号电极之间的时间差确定。

9.根据权利要求4所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，按键模式的下，可以直接通过比较9个电极有效信号的幅度来确定按键位置进行按键识别。

10.根据权利要求4所述的一种基于电荷感应的数字9宫格手势动作识别的方法，其特征在于，每个信号的每次采集时间为固定时间4s。