本發(fā)明涉及電子技術領域，更具體地說，涉及一種人體動作識別系統(tǒng)。
背景技術：
目前智能手機等智能設備越來越普及，各種應用也非常多，也出現了各種各樣的游戲和應用。但是這些游戲和應用很難跟我們自身活動相結合，無法達到游戲與人的交互，互動性差。
技術實現要素：
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述游戲和應用很難跟人體自身活動相結合，不能達到游戲與人的交互而導致互動性差的缺陷，提供一種人體動作識別系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種人體動作識別系統(tǒng)，包括人體動作識別單元以及與所述人體動作識別單元通信連接的智能終端；
所述智能終端包括主控制器、顯示模塊以及第一通信模塊，所述第一通信模塊與所述主控制器連接，用于供所述主控制器與所述人體動作識別單元進行數據傳輸；所述顯示模塊與所述主控制器連接，用于顯示所述主控制器輸出的顯示信息；
所述人體動作識別單元包括微處理器以及與所述微處理器相連的感測模塊；所述感測模塊用于感測人體的動作以產生相應的感測信號輸出至所述微處理器，所述微處理器基于所述感測信號進行處理輸出相應的姿態(tài)信息并將所述姿態(tài)信息上傳給所述智能終端；
所述智能終端的主控制器對所述姿態(tài)信息進行處理輸出姿態(tài)信息顯示指令至所述顯示模塊，所述顯示模塊根據所述姿態(tài)信息顯示指令顯示相應的姿態(tài)。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述人體動作識別單元還包括與所述微處理器連接的第二通信模塊，所述第二通信模塊用于與所述第一通信模塊進行數據傳輸。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述人體動作識別單元還包括與所述微處理器連接的姿態(tài)解算模塊，所述微處理器將接收的所述感測信號發(fā)送給所述姿態(tài)解算模塊，所述姿態(tài)解算模塊根據所述感測信號進行處理，計算出人體的姿態(tài)信息，并將所述人體的姿態(tài)信息返回給所述微處理器，所述微處理器根據所述人體的姿態(tài)信息進行處理輸出相應的姿態(tài)信息。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述姿態(tài)解算模塊包括卡爾曼濾波器，所述卡爾曼濾波器用于對所述微處理器發(fā)送的感測信號進行濾波，輸出卡爾曼濾波信號。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述姿態(tài)解算模塊還包括與所述卡爾曼濾波器相連的四元素算法模塊，所述四元素算法模塊接收所述卡爾曼濾波器輸出的卡爾曼濾波信號，基于所述卡爾曼濾波信號通過四元素算法以獲得三維空間的歐拉角，計算出人體的三維空間姿態(tài)，得到人體的姿態(tài)信息。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述感測模塊包括三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感器和/或三軸陀螺儀，通過所述三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感器和/或三軸陀螺儀感測所述人體的動作以產生相應的感測信號。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述感測信號包括所述人體的肢體在三維空間中的方位角數據、旋轉數據及位移數據。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述人體動作識別單元還包括與所述微處理器連接的電源模塊，所述電源模塊用于給所述人體動作識別單元供電。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述人體識別單元還包括與所述微處理器連接的LED燈，所述LED燈用于根據所述人體的姿態(tài)信息發(fā)出不同的色彩。
在本發(fā)明所述的人體動作識別系統(tǒng)中，優(yōu)選所述第一通信模塊和所述第二通信模塊通過藍牙或Wi-Fi的方式進行數據傳輸。
實施本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)包括人體動作識別單元以及與所述人體動作識別單元通信連接的智能終端；所述智能終端包括主控制器、顯示模塊以及第一通信模塊，所述第一通信模塊與所述主控制器連接，用于供所述主控制器與所述人體動作識別單元進行數據傳輸；所述顯示模塊與所述主控制器連接，用于顯示所述主控制器輸出的顯示信息；所述人體動作識別單元包括微處理器以及與所述微處理器相連的感測模塊；所述感測模塊用于感測人體的動作以產生相應的感測信號輸出至所述微處理器，所述微處理器基于所述感測信號進行處理輸出相應的姿態(tài)信息并將所述姿態(tài)信息上傳給所述智能終端；所述智能終端的主控制器對所述姿態(tài)信息進行處理輸出姿態(tài)信息顯示指令至所述顯示模塊，所述顯示模塊根據所述姿態(tài)信息顯示指令顯示相應的姿態(tài)。本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)通過人體動作識別單元與智能終端的互聯，可根據智能終端上所展示的游戲的節(jié)拍和指示來移動肢體進行相應的動作，同時可根據人體動作識別單元感知人體肢體的具體動作，達到游戲和運動相結合的目的，更好地實現游戲與人的交互，增強互動性，提升用戶體驗。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
圖1是本發(fā)明人體動作識別系統(tǒng)的功能結構框圖。
具體實施方式
為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。
如圖1所示，在本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)的一實施例中，本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)包括人體動作識別單元100以及與人體動作識別單元100通信連接的智能終端200；智能終端200包括主控制器201、顯示模塊203以及第一通信模塊202，第一通信模塊202與主控制器201連接，用于供主控制器201與人體動作識別單元100進行數據傳輸；顯示模塊203與主控制器201連接，用于顯示主控制器201輸出的顯示信息?？梢岳斫獾?，在一些實施例中，智能終端200可以是智能手機、可以為智能手機、平板電腦、臺式電腦(PC)、PS、XBOX ONE、XBOX 360中的任意一種。
人體動作識別單元100包括微處理器101以及與微處理器101相連的感測模塊102；感測模塊102用于感測人體的動作以產生相應的感測信號輸出至微處理器101，微處理器101基于感測信號進行處理輸出相應的姿態(tài)信息并將姿態(tài)信息上傳給智能終端200；智能終端200的主控制器201對智能終端200接收到的姿態(tài)信息進行處理輸出姿態(tài)信息顯示指令至顯示模塊203，顯示模塊203根據姿態(tài)信息顯示指令顯示相應的姿態(tài)?？梢岳斫獾?，本發(fā)明所指的姿態(tài)是指用戶在游戲時所作出的具體動作，例如，在跳舞游戲中，當用戶的左手向左上方45度角抬起，在智能終端200中的顯示模塊203顯示出相同的抬起動作。
在一些實施例中的實際應用中，人體動作識別單元100為配戴于使用者腳部、腿部、手部以及身體某一位置中任意一種的識別裝置。具體來說，人體動作識別單元100可以為腳環(huán)或手環(huán)等可配戴于使用者身體某一位置的識別單元。在具體的應用中可根據實際應用確定所選用的識別單元，本發(fā)明對此不作限定。
人體動作識別單元100還包括與微處理器101連接的第二通信模塊104，第二通信模塊104用于與第一通信模塊202進行數據傳輸。可以理解地，在一些實施例中，第一通信模塊202與第二通信模塊104可通過藍牙或Wi-Fi的方式進行數據傳輸。
在一些實施例中，人體動作識別單元100還包括與微處理器101連接的姿態(tài)解算模塊103，微處理器101將接收的感測信號發(fā)送給姿態(tài)解算模塊103，姿態(tài)解算模塊103根據感測信號進行處理，計算出人體的姿態(tài)信息，并將人體的姿態(tài)信息返回給微處理器101，微處理器101根據人體的姿態(tài)信息進行處理輸出相應的姿態(tài)信息。優(yōu)選地，姿態(tài)解算模塊103包括卡爾曼濾波器，卡爾曼濾波器用于對微處理器101發(fā)送的感測信號進行濾波，輸出卡爾曼濾波信號。優(yōu)選地，卡爾曼濾波信號是指經過卡爾曼濾波后的相關數據信號。可以理解地，卡爾曼濾波器卡爾曼濾波(Kalman filtering)一種利用線性系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過系統(tǒng)輸入輸出觀測數據，對系統(tǒng)狀態(tài)進行最優(yōu)估計的算法。由于觀測數據中包括系統(tǒng)中的噪聲和干擾的影響，所以最優(yōu)估計也可看作是濾波過程。數據濾波是去除噪聲還原真實數據的一種數據處理技術，卡爾曼濾波在測量方差已知的情況下能夠從一系列存在測量噪聲的數據中，估計動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。由于,它便于計算機編程實現,并能夠對現場采集的數據進行實時的更新和處理,因此，本發(fā)明的人體識別單元100采用卡爾曼濾波器對感測信號進行濾波，可以更快、更精準地獲得人體的動作的姿態(tài)數據。
另外，卡爾曼濾波不要求信號和噪聲都是平穩(wěn)過程的假設條件。對于每個時刻的系統(tǒng)擾動和觀測誤差(即噪聲)，只要對它們的統(tǒng)計性質作某些適當的假定，通過對含有噪聲的觀測信號進行處理，就能在平均的意義上，求得誤差為最小的真實信號的估計值。例如在圖像處理方面，應用卡爾曼濾波對由于某些噪聲影響而造成模糊的圖像進行復原。在對噪聲作了某些統(tǒng)計性質的假定后，就可以用卡爾曼的算法以遞推的方式從模糊圖像中得到均方差最小的真實圖像，使模糊的圖像得到復原，即在本發(fā)明的實施例中為對人體的動作的復原，并通過顯示模塊203進行顯示。且采用卡爾曼濾波器，可以在人體參與游戲過程中，估算出人體運動的動作并還原。
在一些實施例中，姿態(tài)解算模塊103還包括與卡樂曼濾波器相連的四元素算法模塊?？梢岳斫獾兀脑厮惴K接收卡爾曼濾波器輸出的卡爾曼濾波信號，基于卡爾曼濾波信號通過四元素算法以獲得三維空間的歐拉角，計算出人體的三維空間姿態(tài)，得到人體的姿態(tài)信息。
進一步地，歐拉角是用來確定定點轉動物體位置的3個一級獨立角參量，可由章動角、旋進角和自轉角組成。通過對章動角、旋進角和自轉角采用歐拉運動學方程進行運算，從而計算出人體在三維空間實時動作的姿態(tài)，并得到人體的姿態(tài)信息。另外，本發(fā)明的姿態(tài)解算模塊103對感測信號先進行卡爾曼濾波后，再利用四元素算法進行解算，通過四元素這個數學工具，用它來彌補人體角運動的3個歐拉角的不足?？梢岳斫獾兀脑乜梢悦枋鲆粋€坐標系或一個矢量相對某一個坐標系的旋轉，四元素的標量部分表示了轉角的一半余弦值，而其矢量部分則表示瞬時轉軸的方向、瞬時轉動軸與參考坐標系軸間的方向余弦值。因此，一個四元素既表示了轉軸的方向，又表示了轉角的大小。借此，在本發(fā)明的實施例中，采用四元素計算可快速獲得人體的姿態(tài)信息。提高了運算的效率。
在一些實施例中，感測模塊102包括三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感器和/或三軸陀螺儀?？梢岳斫獾?，感測模塊102可包括三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感器和三軸陀螺儀，或者三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感或三軸陀螺儀。通過三軸三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感和/或三軸陀螺儀感測人體的動作以產生相應的感測信號。
在一些實施例中，感測信號包括人體的肢體在三維空間中的方位角數據、旋轉數據及位移數據。
例如，使用者在進行不同的運動過程中，身體會因運動狀態(tài)不同而以不同的角度、旋轉及位置進行不同的動作，而配戴在人體的人體動作識別單元就會根據使用者的身體動作的狀態(tài)變化而感測出相應的感測信號，如可感測使用者在一定范圍內的方位角數據、連續(xù)的旋轉變化數據以及在一定范圍內偏差的直線位移數據，即使用者在運動過程中的運動軌跡數據，再根據所獲得的運動軌跡數據計算得到方位角、旋轉方向(如順時針或逆時針)、位移方向與方位角的相同或相反等，通過對這些數據的處理，獲得使用者的肢體在三維空間的姿態(tài)及姿態(tài)信息。
在一些實施例中，人體動作識別單元100還包括與微處理器101連接的電源模塊105?？梢岳斫獾?，電源模塊105用于給人體動作識別單元100供電。
在一些實施例中，人體動作識別單元100還包括與微處理器101連接的LED燈106?？梢岳斫獾?，LED燈106用于根據人體的姿態(tài)信息發(fā)出不同的色彩。具體地，當使用者在進行游戲時，微處理器101根據感測模塊102傳輸的感測信號，對所接收到的感測信號進行處理，并輸出相應的LED燈顯示控制指令，控制LED燈106顯示不同的色彩變化。換句話說，本發(fā)明所指的LED燈106可為本領域常指的呼吸燈，即當使用者在進行某個動作時，如向上跳躍，微處理器101根據感測信號并進行處理，向LED燈106輸出顯示控制指令，對應的LED燈點亮，顯示出與跳躍對應的顏色。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，根據LED燈的顏色組合變化，可顯示255種顏色。
可以理解地，在一些實施例中，本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)可實現游戲和運動相結合的目的，如跳舞、滑雪、自行車等運動游戲，通過配戴在使用者上的人體動作識別單元100來感測識別人體的動作并將識別出的人體動作的姿態(tài)信息上傳給智能終端200，智能終端200對姿態(tài)信息進行顯示，同時，在智能終端200上顯示相應的游戲界面，根據智能終端200上顯示的游戲的節(jié)拍和指示進一步指導游戲用戶進行相應的動作，實現人與游戲的交互，提升用戶的使用體驗。
為更進一步地說明本發(fā)明的人體動作識別系統(tǒng)的工作原理，現以跳舞環(huán)為例進行詳細說明。
首先，使用者先配戴跳舞環(huán)(包括腳環(huán)和手環(huán))，然后開啟跳舞環(huán)，開啟智能終端200，接通跳舞環(huán)和智能終端200，開啟智能終端200中相應的跳舞游戲，進入跳舞游戲界面，根據跳舞游戲界面所顯示的游戲的節(jié)拍和提示，使用者開始移動雙腳和雙手，此時，手環(huán)和腳環(huán)內的三軸加速度傳感器、三軸地磁傳感器和/或三軸陀螺儀感測到使用者的移動產生相應的感測信號，如人體在三維空間中移動的方位角數據、旋轉數據及位移數據，并將所感測到的感測信號(方位角數據、旋轉數據及位移數據)傳輸給微處理器101，微處理器101接收該感測信號(方位角數據、旋轉數據及位移數據)，對這些數據進行處理并發(fā)送給姿態(tài)解算模塊103，姿態(tài)解算模塊103對方位角數據、旋轉數據及位移數據通過卡爾曼濾波器進行濾波獲得卡爾曼濾波信號并傳送給四元素算法模塊，通過四元素算法模塊對卡爾曼濾波信號進行處理計算，獲得使用者的三維空間姿態(tài)，得到使用者的姿態(tài)信息。微處理器101將獲得的姿態(tài)信息上傳給智能終端200，智能終端200對姿態(tài)信息進行處理并在顯示模塊203上進行顯示，使用者根據顯示模塊203的顯示調整身體移動的動作，如方向距離或旋轉角度等，從而完成相應的舞姿。同時，微處理器101根據姿態(tài)信息輸出相應的LED燈顯示指令，控制LED燈進行相應顏色的顯示，增強跳舞的效果及氛圍。進而完成了人與游戲相結合的跳舞游戲，使用戶與游戲的互動得到進一步的提高，提升了用戶體驗。
本發(fā)明所公開的人體動作識別系統(tǒng)的人體動作識別單元100用于感應人體的動作以識別出使用者當前正在進行的運動，即身體的肢體動作，例如揮手、彈跳、行走、旋轉等，包括跳舞、滑雪、騎自行車等等。通過人體動作識別單元100對肢體動作不同的規(guī)律動作可以識別出使用者正在進行的動作，通過姿態(tài)解算獲取使用者當前的姿態(tài)信息，并通過智能終端200對使用者當前的姿態(tài)信息進行顯示，將使用者自身當前的姿態(tài)信息展示給使用者實時觀看，以便使用者可以根據智能終端200的展示以調整自身的動作，更好地完成運動，進一步增強了使用者與游戲的互動性。
以上實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據此實施，并不能限制本發(fā)明的保護范圍。凡跟本發(fā)明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應屬于本發(fā)明權利要求的涵蓋范圍。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。