面向智能家居的红外3D手势识别技术研究

摘要

随着计算机和互联网的迅速普及，人们的生活质量有了巨大的提高，居住条件也得到极大改善，人机交互愈发成为日常生活的重要组成部分。手势识别技术以自然直观的人手作为输入方式，提供给用户和谐、自然的交互方式，是人机交互领域的研究热点。传统的手势识别主要是基于可穿戴传感器或计算机视觉的手势识别，前者需要用户佩戴专业的机械设备，人机交互体验“自然性”不佳，适用范围窄;后者改善了用户体验性，但受使用环境或设备位置角度的限制，携带不便，识别算法复杂。
　　本文结合智能家居的应用场景，提出了一种基于红外的3D手势识别方法和技术，旨在提高对几种常用手势的识别正确率。通过研究红外手势识别原理，建立多光源红外场阵列模型，研究手势识别系统，包括系统硬件设计和算法设计两部分。其中硬件设计部分包括硬件选型和电路设计，且为了拓展应用加入红外学习功能，算法设计部分主要是提出了一种基于区间分布概率特征的手势识别算法。利用红外传感技术获取不同手势的红外反射数据，对数据进行预处理，然后根据不同手势的运动特征，提取区间分布概率特征，并通过建立不同手势的区间分布概率特征模版分类识别，输出显示。其中平面手势采用最大最小分布概率区间识别，Z轴手势采用KNN分类识别。
　　最后，论文研究的基于红外的3D手势识别技术成功应用到2种典型的智能家居设备输出控制上，通过实验验证，实现了对自定义的6种常用操作手势的识别，每种手势识别50次，共300次，平均识别正确率达97％，实验结果表明，面向智能家居基于红外的3D手势识别系统具有操控简单安全、识别率高、识别成本低和兼容性好等优点，特别适合或补充现有智能家居人机交互界面，可以推广应用到多种场合，具有广泛的应用前景。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展状况

1．2．1 智能家居概述

1．2．2 手势识别技术发展

1．2．3 手势识别方法介绍

1．3 本文研究内容与论文结构安排

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 章节安排

第二章 基于红外的3D手势识别系统设计

2．1 红外传感手势识别原理

2．2 红外场阵列模型构建

2．3 手势集定义

2．4 手势识别系统总体结构

2．5 本章小结

第三章 基于红外的3D手势识别系统硬件设计

3．1 手势识别系统硬件总体结构

3．2 红外传感模块

3．3 信号处理模块

3．4 信号调理与采集模块

3．5 红外学习模块

3．6 其他电路设计

3．7 本章小结

第四章 基于红外的3D手势识别算法设计

4．1 手势识别总体流程

4．2 信号采集

4．3 信号预处理

4．3．1 运动检测

4．3．2 滤波归一

4．3．3 插值规整

4．4 信号特征提取

4．5 手势建模及手势识别

4．6 本章小结

第五章 手势识别系统在智能家居上的实验测试

5．1 实验平台

5．1．1 硬件平台

5．1．2 软件平台

5．2 实验过程

5．2．1 手势遥控风扇

5．2．2 手势遥控台灯

5．3 实验结果

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢