[发明专利]一种基于无源射频标签的相位式手势识别方法

说明书

本发明公开了一种基于无源射频标签的相位式手势识别方法，首先将标签佩戴到手指指定位置，通过天线阵列采集相位值，然后处理采集到的数据并输出与距离相关的数据序列。通过用户训练得手势数据对应数据序列，最后将当前数据序列与训练集进行相似度匹配实现手势识别。实现上述识别方法的系统包括：无源RFID标签、超高频RFID读写器、三个8dBi定向天线、数据采集与处理模块、手势训练模块、手势识别模块、上位机。本发明将RFID技术应用于手势识别，能够较好地克服可穿戴设备功耗大、便携性差以及系统易受环境干扰的问题。本发明注重对标签返回信号中相位信息的处理，并采用训练模块以适用不同用户，避免了多样数据集以及用户个体差异影响手势识别系统的性能。

技术领域

本发明属于三维人机交互技术领域，具体涉及一种基于RFID技术的相位式手势识别系统及方法。

背景技术

如今人与计算机的关系已经由人逐渐适应计算机转变为计算机不断适应人的互动。人机交互技术已不再局限于键盘和鼠标输入、手柄操作，也不仅限于触摸设备，而是以更加新奇和自然的方式出现：手指某个关节的屈伸、头部的转动、人体在空间中的移动、声波在空气中的振动、表情的变化甚至眼珠和舌头的转动，都可以实现人与计算机系统之间的信息传递，完成人机之间的“对话”。

在这些新颖的方式中，手势交互无疑是人们最熟悉的。手势是一种自然、直观、

易于学习的人机交互手段。以人手直接作为计算机的输入设备，人机间的通讯将不再需要中间的媒体，用户可以简单地定义适当的手势来对周围的机器进行控制。但是一些传统的手势识别方法一般存在便携性差、可扩展性不足和代价昂贵的局限。其中基于图像的手势识别方法容易受到环境中障碍物和光线强度的影响，基于传感器的手势识别方法在系统功耗和便携性方面仍然有待提升。

近年来随着物联网技术的不断创新发展，RFID技术也已在许多领域得到广泛应用。RFID射频识别技术是一种自动识别技术，其采用无线射频方式通过非接触双向数据通信对目标进行唯一识别，无需近距离接触即可完成信息的交互。RFID读写器读取速度快且漏读率低，无源射频标签价格低廉且能方便地部署于手指上。现有技术中还没有将RFID技术应用于手势的识别，以较好地克服可穿戴设备功耗大、便携性差以及系统易受环境干扰等问题的披露。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于无源射频标签技术的相位式手势识别方法，该方法能够有效地动态识别用户预先训练的手势动作。与其它相关的手势识别方法不同，本方法结合预先训练好的手势数据序列利用最小距离分类法将采集到的手势进行归类，即手势识别。另外，本方法着重于对RFID标签反射信号相位值的处理，无须读取标签其它特征信息，因此避免多样数据集影响手势识别系统的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于无源标签的相位式手势识别方法，具体包含如下步骤：

(1)将标签佩戴到手指指定位置

所述标签采用UHF RFID无源标签，其从读写器发出的射频能量中提取工作所需的电源，当超高频RFID读写器获取到标签发射出来的信息，即完成了对标签的识别过程，每个标签中存储一个唯一EPC编码；

(2)通过天线阵列，采集相位值

主机端获取的标签相位集合为在每一时刻，控制模块内核用条件控制语句根据EPC编码信息和天线端口号将其细分为由不同天线获得的各标签的实时相位值；

(3)处理采集到的数据并输出与距离相关的数据序列

设R为射频标签与读写器的距离，λ为电磁波波长，Backscatter wave为反向散射波，θ_T、θ_R、θ_TAG分别为发射天线、接收天线、标签的相位增益，设读写器解析出的相位值范围为[0,2π]，相位值与距离满足公式：