[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

摘要

本发明公开了一种非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置及方法，所述装置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；所述方法能够识别分布在二维平面中的多种手势动作；当识别手势动作过程中出现误触发情况时，仍然可正确识别。本发明装置及方法不仅具有非接触、卫生和使用方便等特点，而且还不容易受黑暗环境和复杂背景的影响，在实际产品应用中具备推广价值。

主权项

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：所述方法通过非接触式红外线二维手势动作检测与识别装置实现；所述装置包括四个红外发射接收检测模块、一个数据处理器以及电源，所述四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，四个红外发射接收检测模块排成两行两列，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；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；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。