便攜式手勢識(shí)別系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著人類文明的不斷進(jìn)步，人們對(duì)工具的依賴程度與日俱增。時(shí)至今日，隨著計(jì)算機(jī)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(shí)代，人機(jī)交互行為早已從科學(xué)家走向了人們大眾，人們對(duì)便捷、智能的人機(jī)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(jī)交互方式，成為當(dāng)代交互技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　 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(jī)交互是當(dāng)下人機(jī)交互領(lǐng)域最炙手可熱的

2、研究方向，手勢識(shí)別是手勢人機(jī)交互的核心。傳統(tǒng)的手勢識(shí)別系統(tǒng)大多基于數(shù)據(jù)手套或計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較多類手勢動(dòng)作的識(shí)別，甚至是手語識(shí)別，并且獲得了較高的識(shí)別率。但是上述兩種技術(shù)造價(jià)比較昂貴，對(duì)識(shí)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(shí)驗(yàn)室研究使用，難以推向市場為廣大消費(fèi)者所接受。
　　 表面肌肉電信號(hào)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(hào)。不同的手勢動(dòng)作，必然對(duì)應(yīng)著不同部位的肌肉群不同程度的牽動(dòng)，故

3、而產(chǎn)生不同強(qiáng)度的表面肌肉電信號(hào)。實(shí)驗(yàn)表明，將肌電電極放在相關(guān)的肌肉群上，不同手勢動(dòng)作對(duì)應(yīng)的表面肌肉電信號(hào)具備可區(qū)分性，尤其在手指動(dòng)作方面效果顯著，通過提取合適的信號(hào)特征，可以用于較為精細(xì)的手勢動(dòng)作的識(shí)別。加速度信號(hào)可以對(duì)空間運(yùn)動(dòng)以及方位進(jìn)行良好的描述，捕獲手臂的加速度信號(hào)，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(shí)現(xiàn)大幅度手勢動(dòng)作的識(shí)別。不難想象，將表面肌肉電信號(hào)和加速度信號(hào)結(jié)合起來，各取所長，可以多類手勢實(shí)現(xiàn)較

4、為準(zhǔn)確的識(shí)別。此外，肌電電極和加速度傳感器體積較小，造價(jià)較為低廉，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，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(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)便攜化，并獲得毫不遜色的識(shí)別性能，具有巨大的消費(fèi)市場前景。
　　 本文旨在利用實(shí)驗(yàn)室已有的硬件和PC機(jī)上的算法研究基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一套以FPGA為核心處理單元的便攜式嵌入式實(shí)時(shí)手勢系統(tǒng)。主要工作如下：
　　 (1)搭建了多通道肌電信號(hào)和加速度信號(hào)無線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)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(duì)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(hào)和加速度信號(hào)的手勢特征提取和識(shí)別算法，針對(duì)FPGA作為主要處理單元這一特點(diǎn)，選取了一套適合嵌入式系統(tǒng)實(shí)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(diǎn)對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)了具有FPGA特色的算法移植
　　 (4)訓(xùn)練模板，實(shí)現(xiàn)了多類手勢