[发明专利]一种基于无源射频标签的相位式手势识别方法

摘要

本发明公开了一种基于无源射频标签的相位式手势识别方法，首先将标签佩戴到手指指定位置，通过天线阵列采集相位值，然后处理采集到的数据并输出与距离相关的数据序列。通过用户训练得手势数据对应数据序列，最后将当前数据序列与训练集进行相似度匹配实现手势识别。实现上述识别方法的系统包括：无源RFID标签、超高频RFID读写器、三个8dBi定向天线、数据采集与处理模块、手势训练模块、手势识别模块、上位机。本发明将RFID技术应用于手势识别，能够较好地克服可穿戴设备功耗大、便携性差以及系统易受环境干扰的问题。本发明注重对标签返回信号中相位信息的处理，并采用训练模块以适用不同用户，避免了多样数据集以及用户个体差异影响手势识别系统的性能。

主权项

一种基于无源标签的相位式手势识别方法，其特征在于包含如下步骤：(1)将标签佩戴到手指指定位置所述标签采用UHF RFID无源标签，其从读写器发出的射频能量中提取工作所需的电源，当超高频RFID读写器获取到标签发射出来的信息，即完成了对标签的识别过程，每个标签中存储一个唯一EPC编码；(2)通过天线阵列，采集相位值主机端获取的标签相位集合为在每一时刻，控制模块内核用条件控制语句根据EPC编码信息和天线端口号将其细分为由不同天线获得的各标签的实时相位值；(3)处理采集到的数据并输出与距离相关的数据序列设R为射频标签与读写器的距离，λ为电磁波波长，Backscatter wave为反向散射波，θT、θR、θTAG分别为发射天线、接收天线、标签的相位增益，设读写器解析出的相位值范围为[0,2π]，相位值与距离满足公式：其中k为整数，为阅读器解析后的相位值，则当单个标签径直相对天线移动半波长的距离即λ/2，其返回信号的相位变化值为2π，因此若在阅读两次读取间隔时间内保持标签移动距离小于半个波长的距离，就可以通过单个标签前后返回信号的相位差值计算出标签移动前后到天线距离差ΔR，考虑到每个手指所在区域范围较小，这里将多个标签的位置模拟为单个标签运动轨迹上的点，保持相邻两个标签到天线距离的差值小于四分之一个波长，不同标签到天线的距离差绝对值可由相位差导出：(4)用户训练得手势数据对应数据序列判断系统不存在训练集后，由上位机提示开启训练模块，用户作出相应手势动作的同时系统实时采集和处理标签返回信号数据，并根据界面提示将手势训练集{D1,D2,D3,…,Dm}分别录入系统，其中n维向量D表示某个手势特征的数据序列；(5)将当前数据序列与训练集进行相似度匹配实现手势识别基于最小距离分类法的思想将当前所测数据进行分类，分别计算向量X到已知类别的距离并比较，从而完成对当前手势对应的数据序列X的归类。