基于手勢的非接觸式控制方法及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及非接觸式控制領(lǐng)域，公開了一種基于手勢的非接觸式控制方法及其設(shè)備，其中的方法包括以下步驟：S1：預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀；S2：接收通過點(diǎn)云的方式感測到的手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；S3：將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀；S4：將所述感測手勢形狀與所述預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若所述感測手勢形狀與其中一個(gè)所述預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，用戶僅需通過簡單的手勢就能夠隔空控制待控對象，不需要與待控對象直接接觸，避免由于待控對象漏電而造成的觸電危險(xiǎn)。
【專利說明】基于手勢的非接觸式控制方法及其設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非接觸式控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于手勢的非接觸式控制方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對家用用電器的控制一般是直接按鈕控制或遙控控制，遙控控制需要有個(gè)遙控器，而遙控器比較容易丟失，直接按鈕控制又很容易遭受觸電的危險(xiǎn)，比如像熱水器這類在潮濕環(huán)境中使用的用電器，直接按鈕控制時(shí)，熱水器的控制面板上帶有的水汽很容易導(dǎo)致漏電，從而使用戶遭受觸電的危險(xiǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于手勢的非接觸式控制方法及其設(shè)備，用戶僅需通過簡單的手勢就能夠隔空控制待控對象，不需要與待控對象直接接觸，即能方便用戶使用，也能避免在特殊環(huán)境(如潮濕空間)由于待控對象漏電而造成的觸電危險(xiǎn)。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種基于手勢的非接觸式控制方法，包括以下步驟:S1:預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀；S2:接收通過點(diǎn)云的方式感測到的手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；S3:將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀；S4:將所述感測手勢形狀與所述預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若所述感測手勢形狀與其中一個(gè)所述預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
[0005]本發(fā)明還提供了一種基于手勢的非接觸式控制設(shè)備，包含深度傳感器和具有控制信號(hào)輸出端的控制主機(jī)；所述控制主機(jī)用于預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀；所述深度傳感器用于通過點(diǎn)云的方式感測到手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制主機(jī)；所述控制主機(jī)還用于接收所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀，然后將所述感測手勢形狀與所述預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若所述感測手勢形狀與其中一個(gè)所述預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則通過所述控制信號(hào)輸出端發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。進(jìn)一步地，所述S3包含以下子步驟:S3-1:去除所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)，得到無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；S3-2:過濾掉所述無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)識(shí)別范圍以外的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；S3-3:將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云；S3-4:將所述待測手勢的點(diǎn)云投影在投影平面上；S3-5:對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀。
[0006]優(yōu)選地，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云:對所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云進(jìn)行連通性檢測，得到所述待測手勢的點(diǎn)云。
[0007]優(yōu)選地，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀:對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
[0008]優(yōu)選地，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云:去除所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云中距離預(yù)設(shè)原點(diǎn)預(yù)設(shè)距離以外的點(diǎn)云，得到所述待測手勢的點(diǎn)云。
[0009]優(yōu)選地，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀:對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
[0010]優(yōu)選地，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀:對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
[0011]優(yōu)選地，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云:使用聚類算法將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云劃分成多個(gè)團(tuán)組，該多個(gè)團(tuán)組分別對應(yīng)多個(gè)所述待測手勢的點(diǎn)云；其中，每個(gè)所述團(tuán)組都有一個(gè)點(diǎn)云中心，且每個(gè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的所有點(diǎn)距離其所在團(tuán)組的點(diǎn)云中心最近。
[0012]優(yōu)選地，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀:對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
[0013]優(yōu)選地，在所述使用聚類算法將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云劃分成多個(gè)團(tuán)組的步驟中，包含以下子步驟:S3-3-l:輸入所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；S3-3-2:任意產(chǎn)生k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組，并確定所述k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第一實(shí)際點(diǎn)云中心；其中，k為大于或等于I的自然數(shù)；S3-3-3:分別計(jì)算出所述k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心；S3-3-4:根據(jù)所述k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心產(chǎn)生k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組，并確定所述k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心；S3-3-5:分別計(jì)算出所述具有k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心的k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第二理論點(diǎn)云中心；S3-3-6:重復(fù)所述S3-3-4和S3-3-5，直至計(jì)算出的k個(gè)第N理論點(diǎn)云中心與k個(gè)第N實(shí)際點(diǎn)云中心相同為止，此時(shí)產(chǎn)生的k個(gè)第N假設(shè)團(tuán)組分別對應(yīng)k個(gè)所述待測手勢的點(diǎn)云。
[0014]進(jìn)一步地，可以用以下步驟代替所述的S3-4、S3-5以及S4:通過對所述預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)形成所述預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云模型，所述點(diǎn)云模型構(gòu)成具有多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的、用于識(shí)別所述感測手勢形狀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；將所述待測手勢的點(diǎn)云輸入到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中與所述點(diǎn)云模型進(jìn)行匹配，經(jīng)過所述多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的計(jì)算，得到所述待測手勢的點(diǎn)云與所述預(yù)存手勢形狀中最匹配的手勢形狀的匹配值；若所述匹配值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則將該最匹配的手勢形狀作為所述感測手勢形狀，并發(fā)出與該感測手勢形狀對應(yīng)的預(yù)設(shè)手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
[0015]優(yōu)選地，在所述發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制的同時(shí)，還將所述感測手勢形狀以及所述感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息顯示給用戶。
[0016]優(yōu)選地，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)為三維坐標(biāo)。
[0017]優(yōu)選地，所述基于手勢的非接觸式控制設(shè)備還包含顯示設(shè)備，所述控制主機(jī)還用于在發(fā)出控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制的同時(shí)，將所述感測手勢形狀以及所述感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息發(fā)送給所述顯示設(shè)備。
[0018]優(yōu)選地，所述基于手勢的非接觸式控制設(shè)備還包含防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層，所述防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層覆蓋在所述深度傳感器的鏡頭上。
[0019]有益效果:本發(fā)明可以通過簡單的手勢對待控對象進(jìn)行控制，用戶只需在待控對象的深度傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)做相應(yīng)的手勢，就可以對待控對象進(jìn)行隔空控制，操作簡單，無需與待控對象直接接觸，避免了觸電危險(xiǎn)，更加智能，更加人性化，提升用戶體驗(yàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為不同的預(yù)存手勢形狀示意圖；
圖2為去噪前后對比示意圖；
圖3為預(yù)設(shè)識(shí)別范圍示意圖；
圖4為過濾后的效果示意圖；
圖5為形狀檢測示意圖；
圖6為輪廓的凸包、凸包端點(diǎn)和凸缺陷示意圖；
圖7為選取距離L與準(zhǔn)確性SI之間的對應(yīng)關(guān)系曲線圖；
圖8為pl、p0、p2在感測手勢形狀上的選取位置示意圖；
圖9為Z plp0p2的大小α和準(zhǔn)確度S2之間的對應(yīng)關(guān)系曲線圖；
圖10為plp2的長度pixel和準(zhǔn)確度S3之間的對應(yīng)關(guān)系曲線圖；
圖11為檢測出的二維形狀的輪廓示意圖；
圖12為使用聚類算法得到的多個(gè)團(tuán)組示意圖；
圖13為聚類算法的聚類效果示意圖；
圖14為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖15為基于手勢的非接觸式控制設(shè)備示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
[0022]實(shí)施方式1:
本實(shí)施方式提供了一種基于手勢的非接觸式控制方法，包括以下步驟:
S1:預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀。
[0023]如圖1所示，預(yù)存手勢形狀可以為以下任意一種或其組合:(1)向上或向下握拳(即沒有手指伸出)，(2)向上或向下伸出一個(gè)手指，(3)向上或向下伸出兩個(gè)手指，(4)向上或向下伸出三個(gè)手指，(5)向上或向下伸出四個(gè)手指，(6)向上或向下手掌完全張開(即伸出5個(gè)手指)；這些不同的預(yù)存手勢形狀既可以單獨(dú)與一個(gè)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)，也可以組合起來與一個(gè)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)。例如:伸出一個(gè)手指向上，可以與提高音量、升溫、加熱、前進(jìn)等控制信號(hào)關(guān)聯(lián)；伸出一個(gè)手指向下，可以與降低音量、降溫、冷卻、后退等控制信號(hào)關(guān)聯(lián)；手掌先完全張開，然后再握拳，這個(gè)兩個(gè)動(dòng)作的組合可以與開關(guān)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)。
[0024]S2:接收通過點(diǎn)云的方式感測到的手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0025]即接收物體表面的某些點(diǎn)在三維空間中的三維坐標(biāo)，可以選擇測量中心為原點(diǎn)，以該原點(diǎn)為基礎(chǔ)建立X軸，y軸和Z軸，位于該原點(diǎn)前方的物體以點(diǎn)云的形式進(jìn)行描述，點(diǎn)云中的點(diǎn)的選取與物體相對原點(diǎn)的位置、物體的旋轉(zhuǎn)方向、以及感測儀器的分辨率有關(guān)。
[0026]S3-1:去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)，得到無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0027]上述噪點(diǎn)通常為距離感測儀器過近或過遠(yuǎn)的物體上的點(diǎn)，如圖2所示。
[0028]S3-2:過濾掉無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)識(shí)別范圍以外的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0029]上述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍一般是在感測儀器前方的三維空間中的一個(gè)區(qū)域，如圖3所示，在前剪裁視口位于感測儀器前方的500mm處，后剪裁視口位于感測儀器前方的800mm處，過濾后的效果如圖4所示。
[0030]S3-3:對預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云進(jìn)行連通性檢測，得到待測手勢的點(diǎn)云。
[0031]S3-4:將待測手勢的點(diǎn)云投影在投影平面上；
上述的投影平面一般為平行于感測儀器的平面。
[0032]S3-5:對投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀進(jìn)行檢測，得到感測手勢形狀。
[0033]把手勢形狀劃分為手指、手掌和手臂三種元素，掃描點(diǎn)云，分割向外延伸的“手指”和“手臂”，那么剩下的就是“手掌”，得到感測手勢形狀，如圖5所示。
[0034]S4:將感測手勢形狀與預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若感測手勢形狀與其中一個(gè)預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
[0035]通過識(shí)別感測手勢形狀中伸出的手指的數(shù)目以及這些手指相對于手掌的角度和方向與預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配。
[0036]作為優(yōu)選，在發(fā)出控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制的同時(shí)，還可以將感測手勢形狀以及感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息顯示給用戶。
[0037]實(shí)施方式2:
本實(shí)施方式與實(shí)施方式I大致相同，不同之處僅在于步驟S3-3不同，在本實(shí)施方式中的S3-3為:去除預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云中距離預(yù)設(shè)原點(diǎn)預(yù)設(shè)距離以外的點(diǎn)云，得到一個(gè)新的較小的點(diǎn)云，即待測手勢的點(diǎn)云。
[0038]本實(shí)施方式中的其它步驟均與實(shí)施方式I相同，此處不做贅述。
[0039]實(shí)施方式3:
本實(shí)施方式與實(shí)施方式2大致相同，不同之處僅在于步驟S3-5不同，在本實(shí)施方式中的S3-5為:對投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測，得到感測手勢形狀。
[0040]對上述二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測的具體步驟如下:
a)首先尋找輪廓的凸包(圖6中的外接多邊形)。
[0041]檢測到二維平面上的點(diǎn)云，凸包就是將點(diǎn)云最外層的點(diǎn)連接起來構(gòu)成的凸多邊型，它能包含點(diǎn)云中所有的點(diǎn)。
[0042]b)尋找手掌位置。
[0043]尋找每兩個(gè)相鄰的凸包端點(diǎn)(圖6中的實(shí)心三角形點(diǎn))之間的一段輪廓上離該兩個(gè)點(diǎn)距離最遠(yuǎn)的一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是輪廓上凹下去最深的一點(diǎn)，稱為凸缺陷(圖6中的實(shí)心圓形點(diǎn))，通常凸缺陷的包絡(luò)就是手掌的位置。
[0044]c)篩選合適的凸包端點(diǎn)，這些點(diǎn)也就是指尖點(diǎn)，而且通常是輪廓中最為凸出的地方。
[0045]如圖7、8、9和10，對每一個(gè)凸包端點(diǎn)p0，分別從左右方向沿著輪廓取一段合適的距離L，得到點(diǎn)pl、p2(即圖8中的pOpl或p0p2的長度為L)，通過L與準(zhǔn)確度SI之間的對應(yīng)關(guān)系(見圖7)得到準(zhǔn)確度SI (數(shù)值越高越好，最高為1.0)，計(jì)算Z plp0p2的大小α，并通過α與準(zhǔn)確度S2之間的對應(yīng)關(guān)系(見圖9)得到準(zhǔn)確度S2 (數(shù)值越高越好，最高為1.0)；同理，計(jì)算線段plp2的長度pixel，并通過pixel與準(zhǔn)確度S3之間的對應(yīng)關(guān)系(見圖10)得到準(zhǔn)確度S3 (數(shù)值越高越好，最高為1.0)。綜合準(zhǔn)確度S1、S2和S3的值決定哪個(gè)凸包端點(diǎn)需要保留，所有保留的凸包端點(diǎn)就是指尖點(diǎn)。
[0046]本實(shí)施方式中檢測到的二維形狀的輪廓如圖11所示。
[0047]本實(shí)施方式中的其它步驟均與實(shí)施方式2中相同，此處不做贅述。
[0048]實(shí)施方式4:
本實(shí)施方式與實(shí)施方式3大致相同，不同之處僅在于步驟S3-3不同，在本實(shí)施方式中的S3-3為:使用聚類算法將預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云劃分成多個(gè)團(tuán)組，該多個(gè)團(tuán)組分別對應(yīng)多個(gè)待測手勢的點(diǎn)云；其中，每個(gè)團(tuán)組都有一個(gè)點(diǎn)云中心，且每個(gè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的所有點(diǎn)距離其所在團(tuán)組的點(diǎn)云中心最近。
[0049]聚類算法是指將物理或抽象對象的集合分成由類似的對象組成的多個(gè)類的過程。聚類算法用在這里是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)團(tuán)組，每個(gè)團(tuán)組都有一個(gè)中心，并且團(tuán)組中的點(diǎn)到其歸入的團(tuán)組的中心的距離最近(相比于到其他團(tuán)組中心的距離，如圖12)。
[0050]具體地說，上述聚類算法的具體過程如下 S3-3-1:輸入預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
S3-3-2:任意產(chǎn)生k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組，并確定k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第一實(shí)際點(diǎn)云中心；其中，k為大于或等于I的自然數(shù)；
S3-3-3:分別計(jì)算出k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心；
S3-3-4:根據(jù)k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心產(chǎn)生k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組，并確定k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心；
S3-3-5:分別計(jì)算出具有k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心的k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第二理論點(diǎn)云中心；
S3-3-6:重復(fù)上述S3-3-4和S3-3-5，直至計(jì)算出的k個(gè)第N理論點(diǎn)云中心與k個(gè)第N實(shí)際點(diǎn)云中心相同為止，此時(shí)產(chǎn)生的k個(gè)第N假設(shè)團(tuán)組分別對應(yīng)k個(gè)所述待測手勢的點(diǎn)云。
[0051]本實(shí)施方式中一次性可以聚類得到多個(gè)團(tuán)組，每一個(gè)團(tuán)組對應(yīng)一只“手”來處理，可以進(jìn)行多手處理(如圖13)。
[0052]本實(shí)施方式中的其它步驟均與實(shí)施方式3相同，此處不做贅述。
[0053]實(shí)施方式5:
本實(shí)施方式與實(shí)施方式3大致相同，不同之處僅在于步驟S4不同，在本實(shí)施方式中的S4具體如下: 通過對預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)形成預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云模型，這個(gè)點(diǎn)云模型構(gòu)成具有多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的、用于識(shí)別感測手勢形狀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖14所示為該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。然后將通過實(shí)施方式3中所述的聚類法獲取的待測手勢的點(diǎn)云輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中與點(diǎn)云模型進(jìn)行匹配，經(jīng)過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的計(jì)算得到待測手勢的點(diǎn)云與預(yù)存手勢形狀中最匹配的手勢形狀的匹配值；若該匹配值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則將該最匹配的手勢形狀作為最終感測到的感測手勢形狀，并發(fā)出與該感測手勢形狀對應(yīng)的預(yù)設(shè)手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
[0054]值得一提的是，若聚類法獲取到的多個(gè)待測手勢的點(diǎn)云通過以上方式輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中與點(diǎn)云模型進(jìn)行匹配后，經(jīng)過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的計(jì)算得到的匹配值都在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，也就是說在預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)出現(xiàn)了多于一只手的情況，則此時(shí)就將距離深度傳感器坐標(biāo)原點(diǎn)最近的一個(gè)待測手勢的點(diǎn)云對應(yīng)的手勢形狀作為最終感測到的感測手勢形狀。
[0055]本實(shí)施方式中的其它步驟均與實(shí)施方式4相同，此處不做贅述。
[0056]實(shí)施方式6:
本實(shí)施方式提供了一種基于手勢的非接觸式控制設(shè)備，如圖15所示，包含深度傳感器、具有控制信號(hào)輸出端的控制主機(jī)、顯示設(shè)備以及覆蓋在深度傳感器鏡頭上的防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層；深度傳感器的輸出端通過USB接口與控制主機(jī)的輸入端連接，控制主機(jī)的輸出端與顯示設(shè)備連接，控制主機(jī)的控制信號(hào)輸出端用于對待控對象輸出控制信號(hào)，防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層用于保證深度傳感器的鏡頭在潮濕的環(huán)境下也能正常工作。
[0057]控制主機(jī)用于預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀；深度傳感器用于以其所支持的分辨率通過點(diǎn)云的方式感測到手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)送給控制主機(jī)；控制主機(jī)還用于接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀，然后將感測手勢形狀與預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若感測手勢形狀與其中一個(gè)預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則通過控制信號(hào)輸出端發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制，同時(shí)，控制主機(jī)還用于將感測手勢形狀以及感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息發(fā)送給顯示設(shè)備顯示給用戶。
[0058]上述深度傳感器可以為激光深度傳感器、RGB彩色攝像頭或者灰度攝像頭等；顯示設(shè)備可以為LCD/LED屏幕、信號(hào)燈、投影儀等。
[0059]上述實(shí)施方式只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀； 52:接收通過點(diǎn)云的方式感測到的手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 53:將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀； S4:將所述感測手勢形狀與所述預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若所述感測手勢形狀與其中一個(gè)所述預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，所述S3包含以下子步驟: S3-1:去除所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)，得到無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)； S3-2:過濾掉所述無噪點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)識(shí)別范圍以外的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； S3-3:將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云； S3-4:將所述待測手勢的點(diǎn)云投影在投影平面上； S3-5:對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云: 對所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云進(jìn)行連通性檢測，得到所述待測手勢的點(diǎn)云。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀: 對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云: 去除所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云中距離預(yù)設(shè)原點(diǎn)預(yù)設(shè)距離以外的點(diǎn)云，得到所述待測手勢的點(diǎn)云。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀: 對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀: 對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-3中，通過以下方式將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云處理成待測手勢的點(diǎn)云: 使用聚類算法將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云劃分成多個(gè)團(tuán)組，該多個(gè)團(tuán)組分別對應(yīng)多個(gè)所述待測手勢的點(diǎn)云； 其中，每個(gè)所述團(tuán)組都有一個(gè)點(diǎn)云中心，且每個(gè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的所有點(diǎn)距離其所在團(tuán)組的點(diǎn)云中心最近。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述S3-5中，通過以下方式對所述投影平面上的點(diǎn)云投影進(jìn)行檢測得到所述感測手勢形狀: 對所述投影平面上點(diǎn)云投影的二維形狀的輪廓進(jìn)行檢測，得到所述感測手勢形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述使用聚類算法將所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)云劃分成多個(gè)團(tuán)組的步驟中，包含以下子步驟: S3-3-1:輸入所述預(yù)設(shè)識(shí)別范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； S3-3-2:任意產(chǎn)生k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組，并確定所述k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第一實(shí)際點(diǎn)云中心；其中，k為大于或等于I的自然數(shù)； S3-3-3:分別計(jì)算出所述k個(gè)第一假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心； S3-3-4:根據(jù)所述k個(gè)第一理論點(diǎn)云中心產(chǎn)生k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組，并確定所述k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組的k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心； S3-3-5:分別計(jì)算出所述具有k個(gè)第二實(shí)際點(diǎn)云中心的k個(gè)第二假設(shè)團(tuán)組內(nèi)點(diǎn)云中的各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的k個(gè)第二理論點(diǎn)云中心； S3-3-6:重復(fù)所述S3-3-4和S3-3-5，直至計(jì)算出的k個(gè)第N理論點(diǎn)云中心與k個(gè)第N實(shí)際點(diǎn)云中心相同為止，此時(shí)產(chǎn)生的k個(gè)第N假設(shè)團(tuán)組分別對應(yīng)k個(gè)所述待測手勢的點(diǎn)云。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，用以下步驟代替所述的S3-4、S3-5以及S4: 通過對所述預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)形成所述預(yù)存手勢形狀的點(diǎn)云模型，所述點(diǎn)云模型構(gòu)成具有多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的、用于識(shí)別所述感測手勢形狀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); 將所述待測手勢的點(diǎn)云輸入到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中與所述點(diǎn)云模型進(jìn)行匹配，經(jīng)過所述多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的計(jì)算，得到所述待測手勢的點(diǎn)云與所述預(yù)存手勢形狀中最匹配的手勢形狀的匹配值； 若所述匹配值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則將所述最匹配的手勢形狀作為所述感測手勢形狀，并發(fā)出與該感測手勢形狀對應(yīng)的預(yù)設(shè)手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，在所述發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制的同時(shí)，還將所述感測手勢形狀以及所述感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息顯示給用戶。
13.根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的基于手勢的非接觸式控制方法，其特征在于，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)為三維坐標(biāo)。
14.一種基于手勢的非接觸式控制設(shè)備，其特征在于，包含深度傳感器和具有控制信號(hào)輸出端的控制主機(jī)； 所述控制主機(jī)用于預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)已經(jīng)與不同的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的預(yù)存手勢形狀； 所述深度傳感器用于通過點(diǎn)云的方式感測到手勢上每個(gè)點(diǎn)在三維空間中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制主機(jī)； 所述控制主機(jī)還用于接收所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成與之匹配的感測手勢形狀，然后將所述感測手勢形狀與所述預(yù)存手勢形狀進(jìn)行匹配，若所述感測手勢形狀與其中一個(gè)所述預(yù)存手勢形狀的匹配程度達(dá)到預(yù)設(shè)程度，則通過所述控制信號(hào)輸出端發(fā)出與該預(yù)存手勢形狀相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于手勢的非接觸式控制設(shè)備，其特征在于，還包含顯示設(shè)備，所述控制主機(jī)還用于在發(fā)出控制信號(hào)對待控對象進(jìn)行控制的同時(shí)，將所述感測手勢形狀以及所述感測手勢形狀是否在識(shí)別區(qū)域內(nèi)的信息發(fā)送給所述顯示設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于手勢的非接觸式控制設(shè)備，其特征在于，還包含防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層，所述防霧抗?jié)癖Ｗo(hù)層覆蓋在所述深度傳感器的鏡頭上。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK104503275SQ201410671179
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】劉曉濤 申請人:深圳市超節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司