一種體感動作識別方法及人機(jī)交互裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及體感模式識別技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種體感動作識別方 法及人機(jī)交互裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 說起人機(jī)交互的方式，我們首先想到的是基于鍵盤與鼠標(biāo)的交互方式，但隨著智 能電視和大尺寸顯示屏的出現(xiàn)，鍵盤與鼠標(biāo)的不便性越發(fā)明顯，而觸屏交互、語音交互、基 于動作(例如基于手勢）的交互等新一代的交互方式則應(yīng)運(yùn)而生。
[0003] 目前，基于動作的交互方式存在兩大主流，一種是基于計算機(jī)視覺的交互模式，代 表就是微軟的Xbox的Kinect，它主要是基于攝像頭來進(jìn)行識別，用攝像頭來捕捉人的動 作。Kinect有兩個問題，第一，就是存在遮擋的問題，如果是雙人游戲，一個人把另一個人 擋住的話，就會影響游戲的效果，第二，就是可視范圍的問題，所謂的可視范圍就是指攝像 頭的捕捉范圍，如果使用者站在攝像頭的捕捉范圍之外，就無法進(jìn)行交互。另一種是基于可 穿戴傳感器的人體動作識別，代表就是任天堂的Wi i，它主要是基于X，Y，Z的加速度來感知 人體的動作。而且可穿戴傳感器完全沒有攝像頭的兩個問題，所以備受學(xué)者們的青睞。然 而，Wii的動作識別使用范圍僅限于游戲，其算法并且也沒有公開，因此難以轉(zhuǎn)用到其它設(shè) 備上。已公開的其它基于可穿戴傳感器的動作識別算法中，普遍存在以下幾個問題：一是 訓(xùn)練一個動作模型時需要大量的數(shù)據(jù)，不易增加動作種類，二是對動作分割時容易受到噪 點干擾，三是識別動作時設(shè)備拿的方式受限制，四是樣本庫中樣本過多時，需要遍歷所有樣 本，導(dǎo)致效率低。
[0004] 另一方面，智能手機(jī)的普及率已經(jīng)越來越高，每年中國新增手機(jī)量達(dá)到2到3億， 而且人們越來越依賴智能手機(jī)，除了打電話發(fā)短信，人們還渴望智能手機(jī)可以做很多其他 的事情。與此同時，無線鼠標(biāo)的使用也越來越廣泛，而且無線鼠標(biāo)的便捷性也深受人們喜 愛，傳統(tǒng)的無線鼠標(biāo)只有平面點位標(biāo)記鼠標(biāo)的功能，然而生活正在不斷的智能化，近年來出 現(xiàn)了智能電視，智能手表，Google Glass等新的智能產(chǎn)品，如果將基于動作識別的技術(shù)與無 線鼠標(biāo)或其他操作設(shè)備相結(jié)合，讓鼠標(biāo)或者其他操作設(shè)備智能化，將使人們的生活更加便 捷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效的體感動作識別方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種高效體感動作識別方法，包括下列步 驟：
[0007] 1)在執(zhí)行體感動作的過程中，通過體感設(shè)備中的加速傳感器采集表征該體感動作 的有效數(shù)據(jù)段；
[0008] 2)計算所采集的有效數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離，根據(jù)所采集的有效數(shù)據(jù)段 與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離匹配相應(yīng)的樣本庫；所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段是計算各數(shù)據(jù)段DTW距離的 參照物，所述數(shù)據(jù)段包括有效數(shù)據(jù)段和樣本數(shù)據(jù)段，每個樣本庫對應(yīng)于一個DTW距離區(qū)間， 各所述樣本數(shù)據(jù)段按照該樣本數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離分別存儲于相應(yīng)的樣本庫 中；
[0009] 3)計算所采集的有效數(shù)據(jù)段與步驟2)所匹配的樣本庫中每一個樣本數(shù)據(jù)段的 DTW距離，將其中DTW距離最小的樣本數(shù)據(jù)段所表征的體感動作的標(biāo)識作為所采集的有效 數(shù)據(jù)段的識別結(jié)果。體感動作的標(biāo)識可以是體感動作的名稱或編號，也可以是體感動作所 表征的動作意義。
[0010] 其中，所述步驟1)包括下列子步驟：
[0011] 11)啟動體感設(shè)備中的加速傳感器，在執(zhí)行體感動作時采集三軸加速度數(shù)據(jù)，同步 地將每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，所述擬合數(shù)據(jù)用于表征所述動作的瞬時動量；
[0012] 12)對擬合數(shù)據(jù)流進(jìn)行分割，確定動作起始點和動作終止點，取出兩點之間的數(shù)據(jù) 段；
[0013] 13)將數(shù)據(jù)長度在預(yù)先設(shè)定的最小動作長度和最大動作長度之間的數(shù)據(jù)段作為所 述有效數(shù)據(jù)段。
[0014] 其中，所述步驟12)中，確定所述動作起始點的方法包括：當(dāng)擬合后的數(shù)據(jù)開始大 于設(shè)定閾值時，初步確定該點為動作起始點。
[0015] 其中，所述步驟12)中，確定所述動作終止點的方法包括：
[0016] 121)當(dāng)擬合數(shù)據(jù)開始小于第一閾值時，開始設(shè)定該點為靜止點，然后取下一個擬 合數(shù)據(jù)；
[0017] 122)比較當(dāng)前擬合數(shù)據(jù)和第一閾值，若當(dāng)前擬合數(shù)據(jù)仍然小于第一閾值，則靜止 點的個數(shù)加1，然后比較當(dāng)前靜止點的數(shù)量與第二閾值，如果當(dāng)前靜止點的數(shù)量大于或者等 于第二閾值，判斷該靜止點與靜止時長的差值所對應(yīng)的點為動作終止點，同時停止收集數(shù) 據(jù)，否則繼續(xù)取下一個擬合數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行步驟122)。
[0018] 其中，所述步驟12)還包括：判斷動作起始點之后：啟動陀螺儀傳感器和重力傳感 器，開始收集陀螺儀的三軸角速度和重力傳感器的重力加速度；利用獲得的三軸角速度，重 力加速度和加速傳感器所采集的加速度，計算不包括重力加速度的線性加速度。
[0019] 其中，所述步驟2)還包括：基于所述有效數(shù)據(jù)段，先計算所述有效數(shù)據(jù)段與樣本 庫中標(biāo)準(zhǔn)動作的動態(tài)時間規(guī)整距離D，然后根據(jù)D/L得到的整數(shù)值k，將整數(shù)值k作為索引， 將所述數(shù)據(jù)段指引到相應(yīng)的樣本庫k ;
[0020] 所述步驟3)還包括：計算所述有效數(shù)據(jù)段與樣本庫k中存儲的原型動作的樣本數(shù) 據(jù)段動態(tài)時間規(guī)整距離，將使得所述有效數(shù)據(jù)段與樣本庫中存儲的原型動作的樣本數(shù)據(jù)段 的動態(tài)時間規(guī)整距離最小的原型動作判定為所述有效數(shù)據(jù)段的識別結(jié)果。
[0021] 其中，所述步驟3)中，每一個原型動作對應(yīng)于一個樣本數(shù)據(jù)段和一個動作閾值，在 計算動態(tài)時間規(guī)整距離的過程中，每次得到一個中間距離，就和所述動作閾值比較，若大于 該閾值，則停止計算，并判斷當(dāng)前有效數(shù)據(jù)段與當(dāng)前的原型動作不是同一動作。
[0022] 其中，所述線性加速度的三個數(shù)值linaccel_x, linaccel_y, linaccel_z，以及所 述陀螺儀的三軸角速度的三個數(shù)值gyro_x, gyro_y, gyro_z,構(gòu)成一個整體數(shù)據(jù),所述有效 數(shù)據(jù)段、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段和樣本數(shù)據(jù)段的時間序列上的每個點都表示一個六維的超平面的點， 所述步驟2)、3)中的DTW距離均為將兩個六維超平面映射于二維平面中的兩條曲線段之間 的DTW距離。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種建立樣本庫的方法，對于每個樣本數(shù)據(jù)段執(zhí)行下列步驟：
[0024] a)計算當(dāng)前樣本數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段 的DTW距離匹配相應(yīng)的樣本庫；
[0025] b)將當(dāng)前樣本數(shù)據(jù)段及其所表征的體感動作的標(biāo)識存入步驟a)所匹配的樣本庫 中。
[0026] 其中，所述樣本數(shù)據(jù)段的獲取方法包括下列步驟：
[0027] al)啟動體感設(shè)備中的加速傳感器，在執(zhí)行樣本體感動作時采集三軸加速度數(shù)據(jù)， 同步地將每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，所述擬合數(shù)據(jù)用于表征所述動作的瞬時動量；
[0028] a2)對擬合數(shù)據(jù)流進(jìn)行分割，確定動作起始點和動作終止點，取出兩點之間的數(shù)據(jù) 段；
[0029] a3)將數(shù)據(jù)長度在預(yù)設(shè)的最小動作長度和最大動作長度之間的數(shù)據(jù)段作為所述樣 本數(shù)據(jù)段。
[0030] 其中，所述步驟a2)中，確定所述動作起始點的方法包括：依時序檢測擬合數(shù)據(jù) 流，當(dāng)其中某個擬合數(shù)據(jù)開始大于預(yù)設(shè)的閾值時，確定該擬合數(shù)據(jù)為動作起始點，
[0031] 確定所述動作終止點的方法包括：
[0032] a21)依時序檢測擬合數(shù)據(jù)流，當(dāng)其中某個擬合數(shù)據(jù)開始小于預(yù)設(shè)的第一閾值時， 開始設(shè)定該擬合數(shù)據(jù)為靜止點，然后取下一個擬合數(shù)據(jù)；
[0033] a22)比較當(dāng)前擬合數(shù)據(jù)和第一閾值，若當(dāng)前擬合數(shù)據(jù)仍然小于第一閾值，則靜止 點的個數(shù)加1，然后比較當(dāng)前靜止點的數(shù)量與第二閾值，如果當(dāng)前靜止點的數(shù)量大于或者等 于第二閾值，判斷該靜止點與當(dāng)前靜止點的數(shù)量的差值所對應(yīng)的點為動作終止點，同時停 止收集數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)取下一個擬合數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行步驟a22 )。
[0034] 其中，所述步驟a2)還包括：確定動作起始點后，啟動陀螺儀傳感器和重力傳感 器，從所述動作起始點開始收集陀螺儀的三軸角速度和重力傳感器的重力加速度；利用獲 得的三軸角速度，重力加速度和加速傳感器所采集的加速度，計算不包括重力加速度的線 性加速度。
[0035] 其中，所述步驟b)還包括：計算所述樣本數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的動態(tài)時間規(guī)整距 離D，然后根據(jù)D/L得到的整數(shù)值k，將整數(shù)值k作為索引，將所述數(shù)據(jù)段指引到相應(yīng)的樣本 庫k ;
[0036] 其中，每一個樣本數(shù)據(jù)段對應(yīng)于一個原型動作和一個動作閾值。其中，所述建立樣 本庫的方法還包括：
[0037] c)對于當(dāng)前執(zhí)行的意義未知的體感動作，基于前述高效體感動作識別方法識別出 的該體感動作的標(biāo)識，然后將當(dāng)前所采集的有效數(shù)據(jù)段作為樣本數(shù)據(jù)段，將樣本數(shù)據(jù)段和 體感動作的標(biāo)識存入所述步驟2)中匹配的樣本庫中。
[0038] 本發(fā)明還提供了一種人機(jī)交互裝置，包括：
[0039] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于在執(zhí)行體感動作的過程中，通過體感設(shè)備中的加速傳感器采 集表征該體感動作的有效數(shù)據(jù)段；
[0040] 樣本庫匹配模塊，用于計算所采集的有效數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離，根據(jù) 所采集的有效數(shù)據(jù)段與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)段的DTW距離匹配樣本庫；
[0041] 動作識別模塊，用于計算所采集的有效數(shù)據(jù)段與樣本庫匹配模塊所匹配的樣本庫 中每一個樣本數(shù)據(jù)段的DTW距離，將其中DTW距離最小的樣本數(shù)據(jù)段所表征的體感