[发明专利]非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置及方法

权利要求书

1.非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：包括多个红外发射接收检测模块、一个数据处理器以及电源，所述多个红外发射接收检测模块用于对人的多种手势动作进行识别，并分别与数据处理器连接，所述电源用于为数据处理器供电；

所述每个红外发射接收检测模块包括红外发射电路单元、红外接收电路单元、三极管驱动电路单元、运放放大电路单元以及红外调制解调电路单元，所述红外调制解调电路单元包括红外调制单元、红外解调单元以及逻辑电平输出单元；所述红外调制单元、三极管驱动电路单元和红外发射电路单元依次连接，所述红外接收单元、运放放大电路和红外解调单元依次连接，所述逻辑电平输出单元分别与红外调制单元、红外解调单元连接；其中：

所述红外调制单元，用于产生方波信号，并发送给三极管驱动电路单元；所述三极管驱动电路单元，用于将接收到的方波信号放大成同样频率的方波信号，并发送给红外发射电路单元；所述红外发射电路单元，用于将接收到的方波信号转换为红外信号并向外发射出去，直至遇到人的手反射回来；

所述红外接收电路单元，用于接收经过人的手反射回来的红外信号，并转换为同样频率的电信号传送给运放放大电路单元；所述运放放大电路单元，用于放大接收到的同样频率的电信号，并传送给红外解调单元；所述红外解调单元，用于对接收到的电信号进行解调，并与调制频率进行比较判断，若频率一致则由逻辑电平输出单元传输低电平信号。

2.根据权利要求1所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述红外发射接收检测模块为四个，排成两行两列，具有X轴和Y轴两个维度，用于对人的左手和右手在二维平面中的八种手势动作进行识别。

3.根据权利要求2所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述八种手势动作分别为上至下、下至上、左至右、右至左、左上至右下、右下至左上、左下至右上以及右上至左下。

4.根据权利要求1所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述红外发射接收检测模块为三个，排成两行，用于对左手或右手在二维平面的手势动作进行识别。

5.根据权利要求1-4任一项所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述三极管驱动电路单元由一个NPN三极管组成的单管放大电路。

6.根据权利要求1-4任一项所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述红外发射电路单元由一个波长为940nm红外发射二极管及限流电阻组成。

7.根据权利要求1-4任一项所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述红外接收电路单元由一个波长为940nm红外接收二极管组成。

8.根据权利要求2所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置，其特征在于：所述四个红外发射接收检测模块分布在一面板的四个角落上。

9.基于权利要求2所述装置的非接触式红外线二维手势动作检测与识别方法，其特征在于所述方法包括：

当一次手势动作划过，手势动作分解为S1～S5五个阶段，如下：

S1、所有红外发射接收检测模块输出高电平，表示所有模块检测不到人的手，系统处于初始状态；

S2、红外发射接收检测模块X输出低电平，表示模块X检测到人的手，此处为手势动作的起始点；

S3、红外发射接收检测模块X输出高电平，表示模块X检测不到人的手；

S4、红外发射接收检测模块Y输出低电平，表示模块Y检测到人的手，此处为手势动作的终点；

S5、红外发射接收检测模块Y恢复高电平，表示模块Y检测不到人的手，表示此次手势动作已结束，系统回到初始状态；

其中，红外发射接收检测模块X是手势动作起始点，是四个红外发射接收检测模块中的某一个所在位置，红外发射接收检测模块Y是手势动作终点，是除了X外的另外三个中的某一个所在位置；检测结果是一个二维平面上从X到Y的手势动作。

10.根据权利要求9所述的非接触式红外线二维手势动作检测与识别方法，其特征在于：所述四个红外发射接收检测模块，第1行第2列为红外发射接收检测模块A，第2行第2列为红外发射接收检测模块B，第2行第1列为红外发射接收检测模块C，第1行第1列为红外发射接收检测模块D；所述方法包括以下步骤：

1)以红外发射接收检测模块A作为手势动作起点的检测与识别，数据处理器要处理的流程如下：

1.1)红外发射接收检测模块A、B、C、D逻辑输出均为高电平，表示没有检测到人的手，手势动作处于S1阶段，系统处于初始状态；

1.2)当红外发射接收检测模块A逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块B、C、D逻辑输出保持高电平，表示手势起始点在A点，手势动作处于S2阶段；否则为无效手势动作；

1.3)当手势移出A点，红外发射接收检测模块A逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S3阶段，否则为无效手势动作；延时一定时间；然后判断检测红外发射接收检测模块B是否低电平，若红外发射接收检测模块B输出低电平，进入步骤1.4)；否则，进入步骤1.5)；

1.4)延时一定时间，判断红外发射接收检测模块C的检测结果，根据检测结果，得到以下两种情况：

1.41)若红外发射接收检测模块C为高电平，同时红外发射接收检测模块D保持高电平，则表示红外发射接收检测模块B为低电平时，进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块B逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为右手手势动作由上(A)至下(B)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

1.42)若红外发射接收检测模块C为低电平，同时红外发射接收检测模块D保持高电平，则表示此前红外发射接收检测模块B为低电平时为误触发，忽略红外发射接收检测模块B的逻辑状态，而当前手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块C逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为右手手势动作由右上(A)至左下(C)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

1.5)判断红外发射接收检测模块D的检测结果，根据检测结果，得到以下情况：

1.51)若红外发射接收检测模块D逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块B、C逻辑输出保持高电平，表示手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块D逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为由右(A)至左(D)，忽略该手势动作；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

2)以红外发射接收检测模块B作为手势动作起点的检测与识别，数据处理器要处理的流程如下：

2.1)红外发射接收检测模块A、B、C、D逻辑输出均为高电平，表示没有检测到人的手，手势动作处于S1阶段，系统处于初始状态；

2.2)当红外发射接收检测模块B逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块A、C、D逻辑输出保持高电平，表示手势起始点在B点，手势动作处于S2阶段；否则为无效手势动作；

2.3)当手势移出B点，红外发射接收检测模块B逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S3阶段，否则为无效手势动作；延时一定时间；然后判断检测红外发射接收检测模块C是否低电平，若红外发射接收检测模块C输出低电平，进入步骤2.4)；否则，进入步骤2.5)；

2.4)延时一定时间，判断红外发射接收检测模块D的检测结果，根据检测结果，得到以下两种情况：

2.41)若红外发射接收检测模块D为高电平，同时红外发射接收检测模块A保持高电平，则表示红外发射接收检测模块C为低电平时，进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块C逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手或右手手势动作由右(B)至左(C)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

2.42)若红外发射接收检测模块D为低电平，同时红外发射接收检测模块A保持高电平，则表示此前红外发射接收检测模块C为低电平时为误触发，忽略红外发射接收检测模块C的逻辑状态，而当前手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块D逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手手势动作由右下(B)至左上(D)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

2.5)判断红外发射接收检测模块A的检测结果，根据检测结果，得到以下情况：

2.51)若红外发射接收检测模块A逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块C、D逻辑输出保持高电平，表示手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块A逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为右手手势动作由下(B)至上(A)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

3)以红外发射接收检测模块C作为手势动作起点的检测与识别，数据处理器要处理的流程如下：

3.1)红外发射接收检测模块A、B、C、D逻辑输出均为高电平，表示没有检测到人的手，手势动作处于S1阶段，系统处于初始状态；

3.2)当红外发射接收检测模块C逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块A、B、D逻辑输出保持高电平，表示手势起始点在C点，手势动作处于S2阶段；否则为无效手势动作；

3.3)当手势移出C点，红外发射接收检测模块C逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S3阶段，否则为无效手势动作；延时一定时间；然后判断检测红外发射接收检测模块B是否低电平，若红外发射接收检测模块B输出低电平，进入步骤3.4)；否则，进入步骤3.5)；

3.4)延时一定时间，判断红外发射接收检测模块A的检测结果，根据检测结果，得到以下两种情况：

3.41)若红外发射接收检测模块A为高电平，同时红外发射接收检测模块D保持高电平，则表示红外发射接收检测模块B为低电平时，进入S4阶段；此后红外发射接收检测模块B逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手或右手手势动作由左(C)至右(B)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

3.42)若红外发射接收检测模块A为低电平，同时红外发射接收检测模块D保持高电平，则表示此前红外发射接收检测模块B为低电平时为误触发，忽略红外发射接收检测模块B的逻辑状态，而当前手势动作进入S4阶段；此后红外发射接收检测模块A逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为右手手势动作由左下(C)至右上(A)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

3.5)判断红外发射接收检测模块D的检测结果，根据检测结果，得到以下情况：

3.51)若红外发射接收检测模块D逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块A、B逻辑输出保持高电平，表示手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块D逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手手势动作由下(C)至上(D)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

4)以红外发射接收检测模块D作为手势动作起点的检测与识别，数据处理器要处理的流程如下：

4.1)红外发射接收检测模块A、B、C、D逻辑输出均为高电平，表示没有检测到人的手，手势动作处于S1阶段，系统处于初始状态；

4.2)当红外发射接收检测模块D逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块A、B、C逻辑输出保持高电平，表示手势起始点在D点，手势动作处于S2阶段；否则为无效手势动作；

4.3)当手势移出D点，红外发射接收检测模块D逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S3阶段，否则为无效手势动作；延时一定时间；然后判断检测红外发射接收检测模块C是否低电平，若红外发射接收检测模块C输出低电平，进入步骤4.4)；否则，进入步骤4.5)；

4.4)延时一定时间，判断红外发射接收检测模块B的检测结果，根据检测结果，得到以下两种情况：

4.41)若红外发射接收检测模块B为高电平，同时红外发射接收检测模块A保持高电平，则表示红外发射接收检测模块C为低电平时，进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块C逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手手势动作由上(D)至下(C)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

4.42)若红外发射接收检测模块B为低电平，同时红外发射接收检测模块A保持高电平，则表示此前红外发射接收检测模块C为低电平时为误触发，忽略红外发射接收检测模块C的逻辑状态，而当前手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块B逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为左手手势动作由左上(D)至右下(B)；否则为无效手势动作，系统回到初始状态；

4.5)判断红外发射接收检测模块A的检测结果，根据检测结果，得到以下情况：

4.51)若红外发射接收检测模块A逻辑输出低电平，同时红外发射接收检测模块B、C逻辑输出保持高电平，表示手势动作进入S4阶段；此后若红外发射接收检测模块A逻辑输出回到高电平，表示手势动作进入S5阶段，完成本次手势动作的检测及识别，检测及识别的结果为由左(D)至右(A)，忽略该手势动作；否则为无效手势动作，系统回到初始状态。