[发明专利]一种基于柔性光纤的手势识别系统和方法

权利要求书

1.一种基于柔性光纤的手势识别系统，其特征在于：包括柔性光纤通道、信息采集装置、信息中转装置和数据处理及显示装置；所述柔性光纤通道由具有延展性的线型光纤材料制成，柔性光纤通道包含10路，其中5路柔性光纤通道以纵向重复弯折的布线方式覆盖于对应手指的表面，另外5路柔性光纤以横向重复绕行的布线方式覆盖于对应手指的表面；所述信息采集装置包含5个，每个信息采集装置与1根手指上的1路纵向布线及1路横向布线的柔性光纤通道相对应，每个信息采集装置包括微型电-光信息转换与发送装置、微型光-电信息接收与转换装置和无线通信模块，微型电-光信息转换与发送装置将电信号转换成光信号并发射，微型光-电信息接收与转换装置采集对应柔性光纤通道传输的光信号并转换为电信号，无线通信模块将该电信号发送给信息中转装置；所述信息中转装置接收5路无线通信信息并合并为1路信息后转发给数据处理及显示装置；所述数据处理及显示装置根据接收到的信息进行手势识别，并显示识别结果。

2.根据权利要求1所述基于柔性光纤的手势识别系统，其特征在于：所述柔性光纤通道在进行横向布线时，按照与手指横截面平行或成一定夹角来重复绕行排列，所述柔性光纤通道在进行纵向布线时，按照与手指横截面垂直的方向来重复弯折排列。

3.根据权利要求1所述基于柔性光纤的手势识别系统，其特征在于：所述无线通信模块包含但不限于蓝牙模块、WiFi模块和ZigBee模块。

4.根据权利要求1所述基于柔性光纤的手势识别系统，其特征在于：所述手势识别系统还包括供电装置，该供电装置包括电压电源模块和稳压芯片。

5.基于权利要求1所述手势识别系统的手势识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以微型电-光信息转换与发送装置在柔性光纤通道的纵向通道中发送含有时间标志的协议数据，以微型光-电信息接收与转换装置接收该数据并计算光在光纤通道中的传输时间以及单位时间光量，并据此得到表征手指弯曲程度的特征值；

(2)基于萨格纳克效应，利用微型电-光信息转换与发送装置在柔性光纤通道的横向通道中以相反方向同时发送两组光线，通过微型光-电信息接收与转换装置接收到两组光线的相位差，并据此计算出各个手指的转动角速率；

(3)信息中转装置将5根手指的弯曲程度特征值和转动角速率进行合并，得到完整的手势信息；

(4)数据处理及显示装置中已预先构建了手势识别数据库和动态手势模型库，动态手势模型库中保存了手势识别数据库中每一个手势的动态手势模型，将步骤(3)得到的手势信息与手势识别数据库中保存的手势进行对比，将相似度最高的手势作为识别结果，并从动态手势模型库中调取该手势对应的动态手势模型进行显示。

6.根据权利要求5所述手势识别方法，其特征在于，在步骤(1)中，表征手指弯曲程度的特征值e＝k₁e₁+k₂e₂，其中，e₁表示通过传输时间表现的手指弯曲程度特征值，e₂表示通过单位时间光量表现的手指弯曲程度特征值：

其中，t₁为手指在某种程度的弯曲时光在柔性光纤通路中的传输时间，t₂为手指完全弯曲时光在柔性光纤通路中的传输时间，Q为单位时间光量，β为单位时间光量与手指弯曲程度成反比的系数，k₁、k₂分别为e₁、e₂的置信度系数。

7.根据权利要求5所述手势识别方法，其特征在于，在步骤(2)中，根据下式计算手指的转动角速率Ω：

其中，Δθ为两组光线的相位差，S为围绕手指的光纤通道所包围的面积，N为光纤的匝数，λ为光的波长，c为光在柔性光纤通道中的传播速度。