便攜式手勢識別系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、伴隨著人類文明的不斷進(jìn)步，人們對工具的依賴程度與日俱增。時至今日，隨著計算機科學(xué)與集成電路的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化、智能化的信息時代，人機交互行為早已從科學(xué)家走向了人們大眾，人們對便捷、智能的人機交互方式表現(xiàn)出越來越多的青睞和渴求。因此，輕松、自然的人機交互方式，成為當(dāng)代交互技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。
　　 自人類誕生之日，手勢便同語音一起成為人與人之間最本能且使用最頻繁的溝通方式?；谑謩莸娜藱C交互是當(dāng)下人機交互領(lǐng)域最炙手可熱的

2、研究方向，手勢識別是手勢人機交互的核心。傳統(tǒng)的手勢識別系統(tǒng)大多基于數(shù)據(jù)手套或計算機視覺技術(shù)，實現(xiàn)了較多類手勢動作的識別，甚至是手語識別，并且獲得了較高的識別率。但是上述兩種技術(shù)造價比較昂貴，對識別環(huán)境要求比較苛刻，設(shè)備也較為笨重，故而目前僅能用作實驗室研究使用，難以推向市場為廣大消費者所接受。
　　 表面肌肉電信號是一種由肌肉纖維產(chǎn)生，反映該處肌肉緊張程度的電生理信號。不同的手勢動作，必然對應(yīng)著不同部位的肌肉群不同程度的牽動，故

3、而產(chǎn)生不同強度的表面肌肉電信號。實驗表明，將肌電電極放在相關(guān)的肌肉群上，不同手勢動作對應(yīng)的表面肌肉電信號具備可區(qū)分性，尤其在手指動作方面效果顯著，通過提取合適的信號特征，可以用于較為精細(xì)的手勢動作的識別。加速度信號可以對空間運動以及方位進(jìn)行良好的描述，捕獲手臂的加速度信號，并加以分析，可以為不同手勢的區(qū)分提供重要的輔助信息，甚至可以直接實現(xiàn)大幅度手勢動作的識別。不難想象，將表面肌肉電信號和加速度信號結(jié)合起來，各取所長，可以多類手勢實現(xiàn)較

4、為準(zhǔn)確的識別。此外，肌電電極和加速度傳感器體積較小，造價較為低廉，環(huán)境適應(yīng)性強，這些優(yōu)勢使得基于上述兩類傳感器的手勢交互系統(tǒng)可以超越傳統(tǒng)的手勢識別系統(tǒng)，實現(xiàn)便攜化，并獲得毫不遜色的識別性能，具有巨大的消費市場前景。
　　 本文旨在利用實驗室已有的硬件和PC機上的算法研究基礎(chǔ)，實現(xiàn)一套以FPGA為核心處理單元的便攜式嵌入式實時手勢系統(tǒng)。主要工作如下：
　　 (1)搭建了多通道肌電信號和加速度信號無線實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了

5、大數(shù)據(jù)量下的多通道數(shù)據(jù)穩(wěn)定接收，并對進(jìn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)做了嘗試。
　　 (2)分析了常用的基于肌電信號和加速度信號的手勢特征提取和識別算法，針對FPGA作為主要處理單元這一特點，選取了一套適合嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的算法。
　　 (3)搭建了以FPGA為主的嵌入式處理系統(tǒng)，算法移植過程中，結(jié)合FPGA本身具備的并行性處理特點對算法進(jìn)行優(yōu)化處理，實現(xiàn)了具有FPGA特色的算法移植
　　 (4)訓(xùn)練模板，實現(xiàn)了多類手勢