[发明专利]一种基于商用设备的免携带设备手掌定位人机交互方法

摘要

一种基于商用设备的免携带设备手掌定位人机交互方法，包括初始化：声学手掌定位系统生成双声道线性调频音频信号，并初始化麦克风和扬声器线程，确保扬声器工作前麦克风打开；感知阶段：立体声音箱发出双声道线性调频音频信号，麦克风持续记录该信号经过用户手掌反射后的回音信号并将此回音信号转换为数据；测距阶段：声学手掌定位系统处理线程模块把感知阶段记录的回音数据分成片段并去噪，再找出原始音频和回音数据，导出声音的飞行时间；位置估计阶段：从而利用手掌与左右声道组成的三角关系实现对用户手掌的定位，再通过平滑方法缩小估计误差。本发明的定位精度达到厘米级数量级；且对用户手掌的干扰较小，还达到了免携带设备的效果。

主权项

1.一种基于商用设备的免携带设备手掌定位人机交互方法，其特征在于：核心思想是：将生活工作环境中常见的电子设备：智能手机和立体声音箱组合在一起，利用立体声音箱配备的左右声道主动发出特定的音频信号，然后手机麦克风录制到该信号及其经过手掌反射后的回声；再通过计算音频信号的飞行时间来估算手掌分别距离立体声音箱的左右声道的距离，从而利用手掌与左右声道组成的三角关系实现对用户手掌的定位；本方法所依托的系统，简称声学手掌定位系统，包括智能手持设备、立体声音箱、定位对象、计算模块以及外置服务器；其中，定位对象指手掌；其中，计算模块也可以省略，其功能可以由智能手持设备或者外置服务器完成；如果由智能手持设备完成，则外置服务器也可以省略；其中，所述的智能手持设备可以是微型计算机类型的有处理能力的智能终端；智能手持设备包括扬声器、麦克风、处理单元；本方法，主要包括以下四个步骤：步骤一、初始化：声学手掌定位系统生成已设计好的双声道线性调频音频信号，并初始化麦克风线程和扬声器线程，确保扬声器工作前麦克风处于打开状态；其中，所述的双声道线性调频音频信号的频率范围为12kHz到20kHz，其目的是保证对用户手掌无干扰；其中，麦克风置于立体声音箱的左声道和右声道中间，左右声道距离设置范围为10到30cm，不同的间距对应不同的手掌感知区域；步骤二、感知阶段：立体声音箱的左声道和右声道通过扬声器周期性发出步骤一中的双声道线性调频音频信号，麦克风持续记录该信号经过用户手掌反射后的回音信号并将此回音信号转换为数据；其中，回音信号转换为的数据可以被声学手掌定位系统处理线程模块调用并读取；步骤三、测距阶段：声学手掌定位系统处理线程模块把步骤二声学手掌定位系统录音线程模块所记录的回音数据分成一帧一帧的片段，并对每一帧去噪；再利用匹配滤波法找出原始音频数据和回音数据，进而导出声音的飞行时间；其中，对每一帧的去噪采用12kHz到20kHz的带通滤波器；其中的匹配滤波法，即包络检测法，具体分为两步：1.对匹配滤波后的结果求包络；2.波峰检测；其中，波峰检测是对数据进行滑动窗口处理，求出每个滑动窗口的最大值，然后将所有滑动窗口求出的最大值，进行从大到小排序，前四个值对应的索引即为信号及回声的帧索引；步骤四、位置估计阶段：声学手掌定位系统的位置估算模块利用手掌与左右声道组成的三角关系估计用户手掌的位置，可通过平滑方法缩小估计误差，具体为：利用步骤三的测距结果算出手掌到两个扬声器的距离，然后手掌到手机的距离等于这两个距离和的平均值，再由手掌与左声道及右声道的三角关系算出手掌对手机的方位角，以此算得的距离和方位角可对手掌进行定位。