一種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，利用聲波的多普勒效應(yīng)，向待測人體發(fā)出一定頻率的超聲波，將人體的特定部位建模成由多個(gè)不同部位通過關(guān)節(jié)鉸接在一起的模型，通過接收移動(dòng)的人體部位反射回來的頻率信號(hào)，進(jìn)一步計(jì)算人體發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)，再經(jīng)過超聲解碼算法將動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)化的對應(yīng)的人體識(shí)別動(dòng)作。本發(fā)明具有識(shí)別精度高，識(shí)別區(qū)域?qū)挼奶攸c(diǎn)，可以用在多人互動(dòng)的環(huán)境中；且可以滿足光線昏暗,能見度低的測試環(huán)境中動(dòng)作識(shí)別要求。
【專利說明】
-種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)人機(jī)互交技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電影電視歷史悠久，已經(jīng)深入人們的生活，影視創(chuàng)新的巨大效益和產(chǎn)業(yè)價(jià)值為人 所共知，有非常多的成功典范。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展給電影電視帶來了巨大的沖 擊。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，人們開始追求影視上的互動(dòng)。觀眾與影片的互動(dòng)將給影視技術(shù)帶來一 場革命，產(chǎn)生真正意義上的互動(dòng)電影和互動(dòng)電視，從傳統(tǒng)的"讓觀眾去看"，升華到"觀眾自 己去看"。近年來，各種特效、專業(yè)的動(dòng)感座椅和互動(dòng)游戲設(shè)備應(yīng)用到影院環(huán)境中，電影情節(jié) 結(jié)合各種特技效果發(fā)展，使觀眾在觀看動(dòng)感影院的影片時(shí)能夠獲得視覺、聽覺、觸覺、嗅覺 等全方位的感受，讓觀眾身臨其境。實(shí)質(zhì)上，影院觀眾的互動(dòng)是屬于人機(jī)交互的范疇。人通 過人機(jī)界面向計(jì)算機(jī)輸入指令，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理后把輸出結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。人和計(jì)算機(jī)之 間輸入和輸出的形式是多種多樣的，因此互動(dòng)的形式也是多樣化的。而影院環(huán)境又有其特 殊性，一方面，電影放映時(shí)光線比較暗，能見度比較差，另一方面，電影的同時(shí)觀影人數(shù)比較 多，要實(shí)現(xiàn)觀眾群體與電影節(jié)目之間的互動(dòng)存在一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在能見度低且觀影人數(shù)眾多的環(huán) 境下，實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別的方法，使終端設(shè)備能夠感應(yīng)到觀眾動(dòng)作的方向和距離， 在不影響觀眾觀看影片的情況下，實(shí)現(xiàn)對觀眾動(dòng)作的有效識(shí)別，W便及時(shí)的響應(yīng)和反饋，最 終實(shí)現(xiàn)影院環(huán)境下友好的人機(jī)交互功能。技術(shù)方案如下：
[0004] -種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，包括
[0005] 1)設(shè)置超聲波發(fā)射裝置和接收裝置，使超聲波發(fā)射裝置向待測人體發(fā)出頻率為ft 的超聲波；
[0006] 2)將人體的特定部位建模成由N個(gè)不同部位通過關(guān)節(jié)較接在一起的模型，則發(fā)射 出的超聲波在t時(shí)刻經(jīng)第i個(gè)部位反射后到達(dá)接收裝置的接收頻率fi(t)為：
[0007]
[0008] 其中，C表示聲音在空氣中的速度;Vi表示第i個(gè)部位的移動(dòng)速度；
[0009] 3)則接收到的人體發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)d(t)為：
[0010]
[0011] 其中，ai(t)表示第i個(gè)部位的反射信號(hào)幅度；(61為第i個(gè)部位的相位校正參數(shù)；丫 表示環(huán)境背景反射系數(shù)，為定值；
[0012] 4)用超聲解碼算法將上述信號(hào)d(t)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的人體識(shí)別動(dòng)作。
[0013] 進(jìn)一步的，所述超聲波發(fā)射頻率ft為20曲Z W上。
[0014] 更進(jìn)一步的，應(yīng)用于互動(dòng)影視中時(shí)，將所述超聲波發(fā)射裝置和接收裝置固定在前 排座椅的靠背上，發(fā)射方向設(shè)置為對應(yīng)的后排觀眾方向。
[0015] 更進(jìn)一步的，所述人體的特定部位為手部、下肢或頭部。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] (1)本發(fā)明采用一對一的超聲波檢測物體運(yùn)動(dòng)的方法，具有識(shí)別精度高，識(shí)別區(qū)域 寬(理論可達(dá)360°)的特點(diǎn)，可W用在多人互動(dòng)的環(huán)境中；
[0018] (2)本發(fā)明適用于互動(dòng)影視在，識(shí)別過程不影響觀眾的正常觀影，同時(shí)影院聲音也 不會(huì)對識(shí)別造成影響，可W滿足光線昏暗，能見度低的影院環(huán)境中動(dòng)作識(shí)別要求。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明主要利用了聲波的多 普勒效應(yīng)，即聲波在遇到移動(dòng)物體時(shí)，它的頻率將產(chǎn)生相位上的移動(dòng)，且頻移與聲源頻率和 物體的運(yùn)動(dòng)速度成正比。基于運(yùn)些，可W確定出移動(dòng)物體的大小、速度和運(yùn)動(dòng)方向。原理圖 如圖1所示，向被測者手部發(fā)射超聲波，當(dāng)向前揮動(dòng)手臂時(shí)，其反射的聲波頻率增大;而向后 揮動(dòng)手臂時(shí)，其反射的聲波頻率減小，通過檢測反射的聲波信號(hào)即可識(shí)別出具體的動(dòng)作。
[0021] 本實(shí)施例為應(yīng)用在互動(dòng)影視中，將超聲波發(fā)射裝置和接收裝置固定在前排座椅的 靠背上，發(fā)射方向設(shè)置為對應(yīng)的后排觀眾方向。可W選擇觀眾的上肢、下肢或頭部等特定部 位作為動(dòng)作檢測進(jìn)和識(shí)別的對象。
[0022] 發(fā)射裝置W固定的頻率發(fā)出超聲波，當(dāng)觀眾沒有任何動(dòng)作發(fā)生時(shí)，接收裝置接收 到的頻率不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)觀眾的動(dòng)作發(fā)生變化時(shí)，超聲波接收裝置將會(huì)檢測到多普勒頻 移。運(yùn)種頻率移動(dòng)與觀眾動(dòng)作之間的關(guān)系可W利用下述公式進(jìn)行求解：
[0023]
[0024] 式中，fr表示接收端的接收頻率;ft表示發(fā)射端的發(fā)射頻率;C表示聲音在空氣中的 速度;V表示觀眾動(dòng)作的速度。
[0025] 基于W上計(jì)算得到的接收頻率，W及額外定義的與觀眾和傳感器距離相關(guān)的反射 系數(shù)，可W計(jì)算得到觀眾不同動(dòng)作(如揮手、搖頭等)產(chǎn)生的各種接收信號(hào)。
[00%]在本實(shí)施例中，超聲波的頻率設(shè)定為20kHz W上，運(yùn)是因?yàn)橐环矫孢\(yùn)種頻率的聲 波，人耳是聽不到的，完全不影響觀眾正常的觀看影片，另一方面，運(yùn)種高頻率的超聲波在 檢測物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可W得到更大的頻移，所W更便于檢測。當(dāng)采用20曲Z的聲源時(shí)，經(jīng)過快速 傅里葉變換W后，沒有動(dòng)作發(fā)生時(shí)的主音頻率帶寬為80化。當(dāng)頻移帶寬超過4個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，就 可W認(rèn)為有動(dòng)作發(fā)生。
[0027]本實(shí)施例中將觀眾的手部動(dòng)作作為檢測和識(shí)別的對象。同時(shí)將人手建模成由N(N >1)個(gè)不同部位通過關(guān)節(jié)較接在一起的模型，比如手指、手掌和手腕等，不同部位因?yàn)橐苿?dòng) 速度不同，會(huì)產(chǎn)生不同的接收頻率。則發(fā)射出的超聲波在t時(shí)刻經(jīng)第i個(gè)部位反射后到達(dá)接 收裝置的接收頻率fi(t)為：
[002引
[0029] 其中，Vi表示第i個(gè)部位的移動(dòng)速度。
[0030] 那么，接收到的人體發(fā)m的動(dòng)作信號(hào)d(t)為：
[0031]
[0032] 其中，aiU)表不巧i個(gè)部位的反射信號(hào)幅度，數(shù)值大小與該部位和傳感器的距離 息息相關(guān)；4功第i個(gè)部位的相位校正參數(shù);ai(t)和(61通過將第i個(gè)部位的反射信號(hào)進(jìn)行 傅里葉變換得到；T表示環(huán)境背景反射系數(shù)，此系數(shù)在給定的設(shè)備測試環(huán)境中為固定值。
[0033] 由W上公式計(jì)算得到的d(t)光譜合成結(jié)果能夠精確地反映出觀眾的不同動(dòng)作。本 實(shí)施例利用超聲解碼算法將上述信號(hào)d(t)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的人體識(shí)別動(dòng)作，如手部向上揮動(dòng)、 向下?lián)]動(dòng)、向左揮動(dòng)、向右揮動(dòng)、向前揮動(dòng)和向后揮動(dòng)等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，其特征在于，包括 1) 設(shè)置超聲波發(fā)射裝置和接收裝置，使超聲波發(fā)射裝置向待測人體發(fā)出頻率為ft的超 聲波； 2) 將人體的特定部位建模成由N個(gè)不同部位通過關(guān)節(jié)鉸接在一起的模型，則發(fā)射出的 超聲波在t時(shí)刻經(jīng)第i個(gè)部位反射后到達(dá)接收裝置的接收頻率h(t)為：其中，C表示聲音在空氣中的速皮;Vi霍不弟1個(gè)部怔的秒功速度； 3) 則接收到的人體發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)d (t)為：其中，ai(t)表示第i個(gè)部位的反射信號(hào)幅度；Φ i為第i個(gè)部位的相位校正參數(shù)；γ表示 環(huán)境背景反射系數(shù)，為定值； 4) 用超聲解碼算法將上述信號(hào)d(t)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的人體識(shí)別動(dòng)作。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲波發(fā)射頻 率ft為20kHz以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，其特征在于，應(yīng)用于互動(dòng)影視中 時(shí)，將所述超聲波發(fā)射裝置和接收裝置固定在前排座椅的靠背上，發(fā)射方向設(shè)置為對應(yīng)的 后排觀眾方向。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體動(dòng)作的檢測和識(shí)別方法，其特征在于，所述人體的特定部 位為手部、下肢或頭部。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK105955466SQ201610263890
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】陳楷民, 肖朝, 黃戈, 王家福, 戈文, 戈文一, 汪歸歸, 王晟, 李煒
【申請人】四川川大智勝軟件股份有限公司, 四川大學(xué)