專利名稱：一種肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種肢體姿態(tài)與位置的感知，具體涉及一種感知肢體姿勢(shì)并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著多媒體技術(shù)的普及與發(fā)展，人們?cè)趯?duì)新型人機(jī)交互技術(shù)進(jìn)行不懈的探索。使用肢體、手勢(shì)等直觀的方式完成計(jì)算機(jī)的操作，已成為一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。而人的肢體又是一種復(fù)雜的執(zhí)行機(jī)制，其靈活度高、表現(xiàn)力豐富且可以完成精細(xì)的操作，但這些特性也使其姿態(tài)的識(shí)別與跟蹤成為計(jì)算機(jī)研究中的重大挑戰(zhàn)。因此，通過各種高科技手段實(shí)現(xiàn)的方便、先進(jìn)、可靠的人機(jī)交互系統(tǒng)迎刃而生，很多暢銷的電子產(chǎn)品也是由于出色的人機(jī)交互手段而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。比如任天堂 的WII游戲機(jī)，其人機(jī)交互手段采取了通過游戲機(jī)遙控器內(nèi)部的加速度(傾角)傳感器介入人和游戲的交互方式，從而戰(zhàn)勝了其他技術(shù)，突出了任天堂技術(shù)的先進(jìn)；而SONY公司的PLAYSTATION III、微軟公司的X-BOX以及美國APPLE公司的IPHONE、IPAD，其成功很大程度上也是由于其產(chǎn)品的人機(jī)交互手段的先進(jìn)，比如其接觸屏幕界面的電容傳感器和畫面橫豎切換的加速度傳感器(傾角)等。當(dāng)前，手勢(shì)識(shí)別技術(shù)作為人類和計(jì)算機(jī)之間的交流手段而應(yīng)用于智能機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)、顯示器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、生產(chǎn)技術(shù)等各種領(lǐng)域。來自微軟公司的US20100199228A1 (
公開日為2010年8月5日)提供了利用深度攝像頭捕獲并分析用戶的身體姿態(tài)，并將其解釋為計(jì)算機(jī)命令的方案。來自Nintendo公司的US20080291160A1 (
公開日為2008年11月27日)提供了利用紅外傳感器和加速度傳感器捕獲用戶手部位置的方案。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還有利用數(shù)據(jù)手套來輔助對(duì)手部姿態(tài)的識(shí)別的方案。這些方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)手部運(yùn)動(dòng)的識(shí)別，但也存在著各種不足，而且價(jià)格相當(dāng)昂貴。來自松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社的CN1276572A提供了使用攝像頭對(duì)手部進(jìn)行拍照，然后對(duì)圖像進(jìn)行歸一化分析，并將歸一化得到的圖像進(jìn)行空間投影，并將所得的投影坐標(biāo)與預(yù)先存儲(chǔ)的圖像的投影坐標(biāo)進(jìn)行比較。該方法比較直觀，但需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算過程，且無法對(duì)手部的空間位置進(jìn)行識(shí)別與跟蹤。而近期(2011年10月20日)在英國《每日電訊報(bào)》上報(bào)導(dǎo)的微軟公司研制的新一代體感傳感器，其工作方式是把墻壁、汽車、甚至手掌作為人機(jī)交互的觸摸屏幕。微軟研究人員研制的新一代KINECT體感傳感器，可以追蹤從人的胳膊到墻壁的運(yùn)動(dòng)，其原理是在人的肩頭使用光學(xué)投影儀器，使人手在墻壁等平面的影像當(dāng)作虛擬計(jì)算機(jī)鍵盤。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的0MNIT0UCH也使用了類似原理。這些貌似先進(jìn)的手段，其原理都是通過攝像機(jī)等光學(xué)設(shè)備拍攝人類手部的活動(dòng)而得到手部的運(yùn)動(dòng)圖像，然后通過計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行圖像處理，從而識(shí)別手部特定部分的一連串的特定活動(dòng)，由計(jì)算機(jī)主機(jī)執(zhí)行基于由手勢(shì)識(shí)別裝置識(shí)別到的手勢(shì)虛擬光標(biāo)而進(jìn)行各種處理。但是，在應(yīng)用上卻存在很多局限性，很多情況下他們的應(yīng)用不是很方便，例如，當(dāng)2只手相對(duì)光源重疊、2只手不在同一平面、或者是2只手垂直光源、沒有光滑平面的時(shí)候等等大多數(shù)的現(xiàn)實(shí)情況下，上述“先進(jìn)”技術(shù)也無法使用；另外，通過圖像識(shí)別一個(gè)姿勢(shì)的時(shí)間往往較長，至少需要10多秒鐘，而對(duì)于動(dòng)態(tài)姿勢(shì)的識(shí)別則需要更長的時(shí)間，這對(duì)于高效率、快節(jié)奏的現(xiàn)代人來說無疑是一種折磨。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)能夠感知肢體姿勢(shì)并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題，公開了一種肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括微處理器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、處于肢體上不同部位的多個(gè)第一傳感器模塊以及處于硬件設(shè)備上的第二傳感器模塊，其中，所述多個(gè)第一傳感器模塊，用于分別獲取肢體上不同部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；所述第二傳感器模塊，用于獲取硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)； 所述微處理器，用于計(jì)算處于肢體上不同部位的各第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的角度差值，然后根據(jù)計(jì)算出的角度差值而得到肢體的位置變化信息，并根據(jù)肢體的位置變化信息計(jì)算與第二傳感器模塊獲取的硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)之間的角度差值，從而確定肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于將所述微處理器計(jì)算的肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息作為監(jiān)控信息輸出。進(jìn)一步，所述系統(tǒng)還包括用于輔助監(jiān)測(cè)肢體相對(duì)于硬件設(shè)備位置的光學(xué)設(shè)備。進(jìn)一步，所述多個(gè)第一傳感器模塊分別置于肢體的手指處、手背或手腕處、手臂處、以及脖子或胸前處。進(jìn)一步，所述多個(gè)第一傳感器模塊和第二傳感器模塊通過導(dǎo)線與所述微處理器相連接。進(jìn)一步，所述多個(gè)第一傳感器模塊和第二傳感器模塊分別包括用于檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多自由度傳感器。進(jìn)一步，所述多個(gè)第一傳感器模塊分別包括用于獲取肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的第一傳感器、用于將第一傳感器獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸至微處理器的無線數(shù)據(jù)傳輸單元以及為所述第一傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸單元提供工作電壓的能源單元。進(jìn)一步，所述能源單元為電池或是可充電電池。進(jìn)一步，所述電池或是可充電電池采用能夠獲取外部環(huán)境中能量的材料制成，所述材料包括壓電材料、磁致伸縮材料、光敏材料、熱敏材料和熱電轉(zhuǎn)換材料中的一種或幾種。進(jìn)一步，所述第二傳感器模塊包括用于獲取外部觸發(fā)硬件設(shè)備時(shí)觸發(fā)點(diǎn)位置信息的第二傳感器。進(jìn)一步，所述第一傳感器和第二傳感器分別為用于檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多自由度傳感器。進(jìn)一步，所述檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器或3個(gè)自由度的加速度傳感器。進(jìn)一步，所述檢測(cè)在空間具有6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器以及3個(gè)自由度的加速度傳感器的組合。進(jìn)一步，所述檢測(cè)在空間具有9個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器、3個(gè)自由度的加速度傳感器以及3個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)傳感器的組合。采用上述本實(shí)用新型技術(shù)方案的有益效果是本實(shí)用新型提供的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，采用傳感器器件進(jìn)行肢體姿勢(shì)的識(shí)別，同時(shí)也可以外接光學(xué)設(shè)備輔助監(jiān)測(cè)肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的位置，通過傳感器感知肢體姿勢(shì)并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能；通過本實(shí)用新型提供的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的肢體姿勢(shì)識(shí)別技術(shù)增強(qiáng)了識(shí)別速度，使得識(shí)別時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，且能夠同時(shí)對(duì)肢體的不同部位進(jìn)行識(shí)別，具有一定的靈活性。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例中肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的第二種實(shí)施方式中第一傳感器 模塊的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)具體應(yīng)用原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例中肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖，如圖I所示，所述肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)包括微處理器101、數(shù)據(jù)傳輸模塊102、處于肢體上不同部位的多個(gè)第一
傳感器模塊(包括第一傳感器模塊A 103A、第一傳感器模塊B 103B、......第一傳感器模塊
N 103N)以及處于硬件設(shè)備上的第二傳感器模塊104。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述多個(gè)第一傳感器模塊，可以分別置于肢體的手指處、手背或手腕處、手臂處(如肱二頭肌的位置)、以及脖子或胸前處，分別用于獲取肢體上各部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；所述第二傳感器模塊104，用于獲取硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)，本實(shí)施例中，所述硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)為外部觸發(fā)硬件設(shè)備時(shí)觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息；所述微處理器101，用于計(jì)算處于肢體上不同部位的各第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的角度差值，然后根據(jù)計(jì)算出的角度差值而得到肢體的位置變化信息，并根據(jù)肢體的位置變化信息計(jì)算與第二傳感器模塊104獲取的硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)之間的角度差值，從而確定肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息，將肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息識(shí)別為監(jiān)控信息；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊102，用于將所述微處理器101計(jì)算的肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息作為監(jiān)控信息輸出。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述的硬件設(shè)備包括但不限于大型顯示器、電子沙盤、鋼琴等設(shè)備。該實(shí)施方式中，各第一傳感器模塊和第二傳感器模塊分別包括用于檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多自由度傳感器。其中，所述檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器或3個(gè)自由度的加速度傳感器；所述檢測(cè)在空間具有6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器以及3個(gè)自由度的加速度傳感器的組合；所述檢測(cè)在空間具有9個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器、3個(gè)自由度的加速度傳感器以及3個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)傳感器的組合。[0031]在本實(shí)用新型的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的第一種實(shí)施方式中，所述多個(gè)第一傳感器模塊(包括第一傳感器模塊A 103A、第一傳感器模塊B 103B、……第一傳感器模塊N 103N)和第二傳感器模塊通過導(dǎo)線與所述微處理器相連接。在該實(shí)施方式中，所述第一傳感器模塊獲取的肢體各部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和所述第二傳感器模塊獲取的硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)分別通過導(dǎo)線傳輸至微處理器中進(jìn)行處理。在本實(shí)用新型的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的第二種實(shí)施方式中，所述各第一傳感器模塊采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)至微處理器，該實(shí)施方式中，所述第一傳感器模塊的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖2所示在本實(shí)施例中，所述各第一傳感器模塊分別包括用于獲取肢體各部位運(yùn)動(dòng)參數(shù)的第一傳感器201、用于將第一傳感器201獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸至微處理器的無線數(shù)據(jù)傳輸單元202以及為所述第一傳感器201和無線數(shù)據(jù)傳輸單元202提供工作電壓的能源單元203ο在該實(shí)施方式中，所述能源單元203可以是電池或者是可充電電池,其中，所述電池或是可充電電池可以采用能夠獲取外部環(huán)境中能量的材料制成，所述材料可以是壓電材料、磁致伸縮材料、光敏材料、熱敏材料和熱電轉(zhuǎn)換材料中的一種或幾種，或者是由RLC振蕩器以及天線組成。通過上述材料或者是結(jié)構(gòu)可以從周圍空間而獲得勢(shì)能、機(jī)械能、光能、熱能、溫差能、無線輻射的能量等。比如可以從肢體的運(yùn)動(dòng)得到能量、從肢體的溫度和環(huán)境 的溫度差得到能量、從外部環(huán)境得到光學(xué)能量等，或者是通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元202收發(fā)信息而從微處理器那里得到能量，或者是通過天線吸收無線電波能量，從而引起RLC電路的振蕩而產(chǎn)生電流，還可以從內(nèi)置電池得到能量，而內(nèi)置電池也可以通過上述方式得到充電。在本實(shí)用新型的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還可以包括用于輔助監(jiān)測(cè)肢體相對(duì)于硬件設(shè)備位置的光學(xué)設(shè)備。在本實(shí)施例中，通過光學(xué)設(shè)備輔助確定肢體相對(duì)于游戲機(jī)的顯示屏或電子沙盤等硬件設(shè)備的大概位置，然后由處于肢體上各部位的第一傳感器模塊和設(shè)置于硬件設(shè)備上的第二傳感器模塊檢測(cè)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)或位置參數(shù)，由微處理器進(jìn)行計(jì)算并確定肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息，最后由數(shù)據(jù)傳輸模塊將該信息作為監(jiān)控信息輸出，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在該實(shí)施方式中，所述的光學(xué)設(shè)備包括但不限于照相機(jī)、攝像機(jī)、掃描儀等設(shè)備。在本實(shí)施例中，所述肢體多個(gè)部位包括但不限于肢體的手指處、手背或手腕處、手臂處(如肱二頭肌的位置)、以及脖子或胸前處，或者是肢體的腳部、小腿部、大腿部以及胸部或背部等部位。在該實(shí)施方式中，所述肢體多個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指肢體的上述各部位在具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)。所述硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)為外部觸發(fā)硬件設(shè)備時(shí)觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息。所述肢體各部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)為肢體各部位在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的空間位置信息，所述肢體各部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的角度差值為肢體各部位運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度之間的角度差值。例如，通過比較手指與手背處運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度之間的角度差值，而得到手指相對(duì)于手背的位置變化信息，通過進(jìn)一步比較手背與手臂處運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度之間的角度差值，而得到手背相對(duì)于手臂的位置變化信息，再通過比較手臂處與脖子或胸部的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度之間的角度差值，從而得到手臂相對(duì)于脖子或胸部的位置變化信息。該實(shí)施方式中，所述肢體的位置變化信息與硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)之間的角度差值同樣為同一自由度之間的角度差值，通過計(jì)算肢體的位置變化信息與外部觸發(fā)硬件設(shè)備時(shí)觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息之間的角度差值，從而確定肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息，比如人手從電子沙盤上空抓的動(dòng)作等。以下通過具體的應(yīng)用實(shí)施例并結(jié)合上述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)描述本實(shí)用新型的原理，本實(shí)用新型的第一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例中，所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別是通過設(shè)置于肢體不同部位的第一傳感器模塊檢測(cè)肢體相應(yīng)部位在Χ、γ、ζ空間三個(gè)自由度(即空間坐標(biāo))的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，當(dāng)然，為了獲取更精準(zhǔn)的肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還可以檢測(cè)圍繞 X、Y、Z三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)自由度(即肢體各部位的俯仰角、橫擺角與扭轉(zhuǎn)角)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及根據(jù)地理磁場(chǎng)方向所確定的Α、B、C三個(gè)方向(如A指向正北方、B指正東方、C指向正上方)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所述第一傳感器模塊將獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)通過導(dǎo)線或是無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸至微處理器中，由微處理器對(duì)各傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行比較，通過比較各運(yùn)動(dòng)參數(shù)在同一自由度之間的角度差值，而得到肢體的位置變化信息。在該實(shí)施方式中，通過一個(gè)具體的實(shí)施例來說明本系統(tǒng)中第一傳感器模塊獲取運(yùn)動(dòng)參數(shù)的原理，如圖3所示，當(dāng)在人體手部的手背及各手指處分別設(shè)置一個(gè)本實(shí)用新型實(shí)施例所述的第一傳感器模塊時(shí)，那么任何一個(gè)手指的三維運(yùn)動(dòng)都會(huì)被位于手指處的第一傳感器模塊(第一傳感器模塊103Β、第一傳感器模塊103C、第一傳感器模塊103D、第一傳感器模塊103Ε、第一傳感器模塊103F)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到，并通過導(dǎo)線404或以無線方式傳輸至微處理器101中，由微處理器101將其和置于手背的第一傳感器模塊103Α監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。需要說明的是，圖4中所述微處理器101的位置只是為了方便說明本實(shí)用新型的原理，在具體應(yīng)用時(shí)，所述微處理器101可以設(shè)置在任何地方，比如可以集成在設(shè)有第二傳感器模塊的硬件設(shè)備中，或者是通過設(shè)置單獨(dú)的處理器模塊等來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的功能。在該實(shí)施方式中，通過微處理器101計(jì)算位于手指的各第一傳感器模塊(如第一傳感器模塊103Β、第一傳感器模塊103C、第一傳感器模塊103D、第一傳感器模塊103Ε、第一傳感器模塊103F)獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和位于手背的第一傳感器模塊103Α獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的同一自由度(或者同軸)的角度差值，從而得到體現(xiàn)各個(gè)手指位置的變化和姿勢(shì)。例如，當(dāng)用手指姿勢(shì)表示中國人的“I”時(shí)，只有位于食指的第一傳感器模塊103C獲取的X、Y、Z和Α、B、C六個(gè)參數(shù)和位置與位于手背或者手腕的第一傳感器模塊103Α獲取的上述六個(gè)參數(shù)基本相同，而中指和中指后面2個(gè)手指(共3個(gè)指頭)的X、Y、Z和Α、B、C基本相同，但是X、Y、Z和Α、B、C中會(huì)有一個(gè)參數(shù)和手背上的相應(yīng)參數(shù)存在150度到270度的角度差。同理，當(dāng)用手指姿勢(shì)表示美國人罵人的意思時(shí)，即伸出一個(gè)中指，此時(shí)只有位于中指的第一傳感器模塊103D獲取的Χ、Υ、Ζ和Α、B、C六個(gè)參數(shù)和位置與位于手背或者手腕的第一傳感器模塊103Α獲取的上述六個(gè)參數(shù)基本相同，而大姆指、食指以及中指后面的2個(gè)手指的Χ、Υ、Z和Α、B、C基本相同，但是X、Y、Z和Α、B、C中會(huì)有一個(gè)參數(shù)和手背上的相應(yīng)參數(shù)存在150度到270度的角度差。由于數(shù)據(jù)的比較是手指相對(duì)于手背，所以本實(shí)用新型專利不需要任何固定和虛擬平面，只需要本實(shí)用新型實(shí)施例中所述的多個(gè)第一傳感器模塊就能夠?qū)崟r(shí)記錄2個(gè)手的10個(gè)手指在任意空間的運(yùn)動(dòng)和變化。如果所述第一傳感器模塊中采用的是具有9個(gè)自由度的傳感器，則能夠記錄手和手指姿勢(shì)變動(dòng)的速度、加速度、角加速度等參數(shù)。基于上述原理，當(dāng)在電子沙盤的硬件設(shè)備上設(shè)置一個(gè)本實(shí)用新型實(shí)施例中的第二傳感器模塊時(shí)，且第二傳感器模塊也通過有線或無線等方式與微處理器相連接，此時(shí)，人體手部相對(duì)于電子沙盤的任何手勢(shì)變換都可以被本實(shí)用新型實(shí)施例所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到。例如，當(dāng)需要識(shí)別人體手部從電子沙盤上空抓的動(dòng)作時(shí)，則該系統(tǒng)通過上述原理，比較位于手指的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的角度差值而得到手指的運(yùn)動(dòng)變化信息，此時(shí)，位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是位于手指上的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的參照數(shù)據(jù)；然后通過電子沙盤上第二傳感器模塊感應(yīng)并獲取的外部觸發(fā)電子沙盤時(shí)觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息，通過比較位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與電子沙盤上第二傳感器模塊所感應(yīng)到的觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息的角度差值而得到人體手部在電子沙盤上的運(yùn)動(dòng)信息，如人體手部對(duì)電子沙盤的操控或從電子沙盤上空抓的動(dòng)作等都會(huì)被微處理器計(jì)算并識(shí)別出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子沙盤的控制。在上述實(shí)施例中，還可以加設(shè)光學(xué)設(shè)備如照相機(jī)、掃描儀等輔助監(jiān)測(cè)人體手部相對(duì)于電子沙盤的位置，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，先通過光學(xué)設(shè)備確定人體手部相對(duì)于電子沙盤的大概位置，再通過本實(shí)用新型的原理而得到人體手部在電子沙盤上的運(yùn)動(dòng)信息，而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子沙盤的控制。在本實(shí)用新型的第二個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例中，當(dāng)在電子游戲機(jī)的顯示屏上設(shè)置一個(gè) 本實(shí)用新型系統(tǒng)的第二傳感器模塊，在人體的手指、手背或手腕以及手臂、脖子或胸前等部位也各設(shè)置一個(gè)第一傳感器模塊時(shí)，那么包括手部、手臂以及身體的各種三維或者三維以上的各種姿勢(shì)變化形態(tài)都會(huì)被實(shí)時(shí)記錄并傳輸至電子游戲機(jī)的處理系統(tǒng)。如上述實(shí)施例所述的原理，類似比較位于手指和手背的第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度的角度差值而得到手指的位置變化和姿勢(shì)信息，整個(gè)手背或手腕的運(yùn)動(dòng)變化也可以通過比較手背或手腕和位于手臂的第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度的角度差值而體現(xiàn)，從而得到手背或手腕相對(duì)于手臂的運(yùn)動(dòng)方向、速度、姿勢(shì)以及旋轉(zhuǎn)方向等參數(shù)；同理，整個(gè)手臂的運(yùn)動(dòng)變化還可以通過比較位于手臂和位于脖子或者胸前的第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同一自由度的角度差值而體現(xiàn)，從而得到手臂相對(duì)于軀干的運(yùn)動(dòng)方向、速度、姿勢(shì)以及旋轉(zhuǎn)方向等參數(shù)。然后通過微處理器對(duì)手指、手背或手腕以及手臂的運(yùn)動(dòng)方向、速度、姿勢(shì)以及旋轉(zhuǎn)方向等參數(shù)與電子游戲機(jī)顯示屏上的第二傳感器模塊感應(yīng)到的外部觸發(fā)顯示屏的坐標(biāo)位置信息進(jìn)行同一自由度的比較，并進(jìn)行綜合分析計(jì)算，從而得到人體與電子游戲機(jī)顯示屏上所顯示游戲的各種運(yùn)動(dòng)交互信息，通過電子游戲機(jī)的處理系統(tǒng)控制游戲的繼續(xù)運(yùn)行。在上述實(shí)施例中，同樣可以加設(shè)光學(xué)設(shè)備如照相機(jī)、掃描儀等輔助裝置監(jiān)測(cè)人體相對(duì)于電子游戲機(jī)顯示屏的位置，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，先通過光學(xué)設(shè)備確定人體相對(duì)于電子游戲機(jī)顯示屏的大概位置，再通過本實(shí)用新型的原理而得到人體與游戲中的運(yùn)動(dòng)交互信息，使得電子游戲更加生動(dòng)、接近實(shí)際。在本實(shí)用新型的第三個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例中，所述肢體姿勢(shì)識(shí)別的原理與第一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例和第二個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例基本相同，不同之處在于應(yīng)用的領(lǐng)域以及目的和達(dá)到的效果不同。在該實(shí)施例中，所述肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)可以應(yīng)用于教育領(lǐng)域，比如用于學(xué)習(xí)彈鋼琴、拉琴時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)者手指的動(dòng)作、位置、以及手指的運(yùn)動(dòng)速度、按鍵力度、角度等信息，以便于學(xué)習(xí)者能夠更加直觀的掌握自己的學(xué)習(xí)情況，針對(duì)自身問題進(jìn)行調(diào)整改善，從而加快了學(xué)習(xí)速度及質(zhì)量。在上述實(shí)施方式中，通過在學(xué)習(xí)者的手指與手背處設(shè)置本系統(tǒng)的第一傳感器模塊，在鋼琴上設(shè)置本系統(tǒng)的第二傳感器模塊，由微處理器比較位于手指的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的角度差值而得到手指的運(yùn)動(dòng)變化信息，此時(shí)，位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是位于手指上的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的參照數(shù)據(jù)；然后通過比較位于手背的第一傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與位于鋼琴上的第二傳感器模塊監(jiān)測(cè)到的手部對(duì)鋼琴按鍵按壓時(shí)的坐標(biāo)位置信息，從而計(jì)算出學(xué)習(xí)者手指的動(dòng)作、位置、以及手指的運(yùn)動(dòng)速度、按鍵力度、角度等信息，以供學(xué)習(xí)者自行參考改善。通過上述各種實(shí)施方式可知，本實(shí)用新型的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)可以代替各種人機(jī)交互的輸入設(shè)備如計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏幕等，以及代替游戲控制裝置(JOYSTICK)、遙控器、聲音識(shí)別系統(tǒng)等；通過本實(shí)用新型實(shí)施例提供的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)輸出的肢體姿勢(shì)信息可以控制諸如計(jì)算機(jī)、智能電話機(jī)、電視、IPADS、游戲設(shè)備、機(jī)器控制設(shè)備、運(yùn)動(dòng)裁判設(shè)備、車輛、飛行器顯示設(shè)備、辦公設(shè)備、打印設(shè)備、顯示設(shè)備、三維作戰(zhàn)沙盤等機(jī)器的運(yùn)行。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括微處理器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、處于肢體上不同部位的多個(gè)第一傳感器模塊以及處于硬件設(shè)備上的第二傳感器模塊，其中， 所述多個(gè)第一傳感器模塊，用于分別獲取肢體上不同部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 所述第二傳感器模塊，用于獲取硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)； 所述微處理器，用于計(jì)算處于肢體上不同部位的各第一傳感器模塊獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的角度差值，然后根據(jù)計(jì)算出的角度差值而得到肢體的位置變化信息，并根據(jù)肢體的位置變化信息計(jì)算與第二傳感器模塊獲取的硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)之間的角度差值，從而確定肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息； 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于將所述微處理器計(jì)算的肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信息作為監(jiān)控信息輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于輔助監(jiān)測(cè)肢體相對(duì)于硬件設(shè)備位置的光學(xué)設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)第一傳感器模塊分別置于肢體的手指處、手背或手腕處、手臂處、以及脖子或胸前處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)第一傳感器模塊和第二傳感器模塊通過導(dǎo)線與所述微處理器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)第一傳感器模塊和第二傳感器模塊分別包括用于檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多自由度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器或3個(gè)自由度的加速度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器以及3個(gè)自由度的加速度傳感器的組八口 ο
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有9個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器、3個(gè)自由度的加速度傳感器以及3個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)傳感器的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)第一傳感器模塊分別包括用于獲取肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的第一傳感器、用于將第一傳感器獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸至微處理器的無線數(shù)據(jù)傳輸單元以及為所述第一傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸單元提供工作電壓的能源單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述能源單元為電池或是可充電電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述第二傳感器模塊包括用于獲取外部觸發(fā)硬件設(shè)備時(shí)觸發(fā)點(diǎn)位置信息的第二傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器和第二傳感器分別為用于檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度、6個(gè)自由度或9個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多自由度傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器或3個(gè)自由度的加速度傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器以及3個(gè)自由度的加速度傳感器的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)在空間具有9個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器為3個(gè)自由度的磁場(chǎng)傳感器、3個(gè)自由度的加速度傳感器以及3個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)傳感器的組合。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于分別獲取肢體上不同部位的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的多個(gè)第一傳感器模塊、用于獲取硬件設(shè)備的感應(yīng)參數(shù)的第二傳感器模塊、用于對(duì)所述第一傳感器模塊和第二傳感器模塊獲取的參數(shù)進(jìn)行處理的微處理器以及用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的數(shù)據(jù)傳輸模塊。本實(shí)用新型提供的肢體姿勢(shì)識(shí)別技術(shù)采用傳感器器件進(jìn)行肢體姿勢(shì)的識(shí)別，同時(shí)也可以外接光學(xué)設(shè)備輔助監(jiān)測(cè)肢體相對(duì)于硬件設(shè)備的位置；本實(shí)用新型提供的肢體姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)增強(qiáng)了肢體姿勢(shì)識(shí)別的速度，且能夠同時(shí)對(duì)肢體的不同部位進(jìn)行識(shí)別，具有一定的靈活性。
文檔編號(hào)G06F3/01GK202512510SQ20112050521
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者詹姆斯·劉 申請(qǐng)人:北京盈勝泰科技術(shù)有限公司