[发明专利]一种非接触式手势状态识别系统及识别方法

说明书

本发明涉及一种非接触式手势状态识别方法。该方法利用非接触电容外置传感器，通过芯片FDC2214进行不同谐振频率响应，把不同手势信号转换为不同谐振频率信号，通过微处理单元进行分析与处理，以实现对不同手势状态的判决。具体而言，装置具有训练和判决两种工作模式。在判决模式下，识别方法能对指定人员进行猜拳游戏和划拳游戏的判决。这里猜拳游戏的判决是指对手势比划石头、剪刀和布的判定，划拳游戏的判定是指手势比划1、2、3、4和5的判定。在训练模式下能对任意人员进行猜拳游戏和划拳游戏的手势训练，经过有限次训练后，能进行正确的手势判决。

技术领域

本发明涉及手势状态识别方法，尤其涉及一种非接触式手势状态识别方法。

背景技术

电容式传感是一种低功耗、低成本且高分辨率的非接触式感测技术，适用于接近度检测、手势识别等各类应用。电容式传感系统中的传感器可以采用任意金属或导体，因此可实现高度灵活的低成本系统设计。

FDC2214是基于LC谐振电路原理的一个电容检测传感器。其基本原理如图2所示，在芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成LC电路，被测电容传感端与LC电路相连接，将产生一个振荡频率，根据该频率值可计算出被测电容值。在本实验中，覆铜板为“FDC2214的传感平面”，该平面为导体材质，当人手接近该导体传感平面时，传感端的电容发生了变化，这就会导致LC电路振荡频率的变化，从而反映出手势接近，以及手势的判定。

FDC2214与MCU通过I2C口进行通信，将把谐振频率输出给MCU进行处理和感知变化。

发明内容

本发明涉及基于FDC2214的传感器技术，机器学习算法，msp430单片机编程，数据处理与分析。

本发明的目的在于一种手势识别系统，该方法利用传感芯片FDC2214以及单片机MSP430，可以实现对猜拳游戏(石头、剪刀、布)和划拳游戏(1，2，3，4，5)的判决。

为了达到以上目的，本发明提出一种非接触式手势状态识别系统，包括：极板、FDC2214模块、处理模块、显示模块；其中，

采用四块所述极板拼成手的形状，并与所述FDC2214模块相连，用于探测手指为止，进而进一步识别手势；

所述FDC2214模块用于读取电容数据；

所述处理模块用于处理电容数据进行训练与判决；

所述显示模块用于显示出判决结果，如石头、剪刀、布、1、2、3、4、5。

本发明还提出了一种非接触式手势状态识别系统，包括以下步骤：

步骤一：测试每块极板上的电容大小；

步骤二：切换到训练模式时，为了滤除噪音等，每次训练取前十次的数据取平均值，测一个环境下的初始值，将测试数据与环境初始值的差作为存储在MSP430单片机中的数据。

步骤三：将系统切换到判决模式时，将要判决的数据和学习的数据相比较，把判决数据归类。

所述步骤三中的判决模式采用K近邻算法：

步骤a：输入一组训练数据集T＝(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_N，y_N)，其中为实例的特征向量，y_i∈Y＝{c₁，c₂…，c_k}为实例的类别，i＝1，2…，N；实例特征向量x输出：实例x所属的类y；根据给点的距离度量，在训练数据集T中找出与x最近相邻的k个点，涵盖着k个点的领域，记为N_k(x)；再在N_k(x)中根据分类决策规则决定x的类别y；