手势方向识别系统及识别方法

1.一种手势方向识别系统，其特征在于，包含：微处理器、红外发射器、以及至少一组光感测器；每组中光感测器的数目至少为二个；
所述微处理器连接于所述红外发射器与各光感测器；
其中，所述红外发射器产生红外发射光线，各光感测器接收所述红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线，并将接收的红外反射光线转换成红外感测信号；所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组；所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息；
所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组中，具体包括：
在对各光感测器定时采样的过程中，所述微处理器比较当前采样时刻的采样数据与前一采样时刻的采样数据；
若当前采样时刻的采样数据小于前一采样时刻的采样数据，则所述微处理器放弃当前采样时刻的采样数据并结束采样；否则，所述微处理器将当前时刻的采样数据储存至各光感测器对应的采样数组并继续采样。
2.根据权利要求1所述的手势方向识别系统，其特征在于，当所述手势方向识别系统包含一组光感测器时，所述这组光感测器位于所述红外发射器所在的水平线上或者位于该条水平线的垂线上。
3.根据权利要求2所述的手势方向识别系统，其特征在于，当所述手势方向识别系统包含两组光感测器时，其中一组光感测器位于所述红外发射器所在的水平线上，另一组光感测器位于该条水平线的垂线上。
4.一种手势方向识别方法，其特征在于，应用于包含微处理器、红外发射器、以及至少一组光感测器的手势方向识别系统；每组中光感测器的数目至少为二个；所述手势方向识别方法包含以下步骤：
所述红外发射器产生红外发射光线；
各光感测器接收所述红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线，并将接收的红外反射光线转换成红外感测信号；
所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组；
所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息；
所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组的步骤，包含以下子步骤：
在对各光感测器定时采样的过程中，所述微处理器比较当前采样时刻的采样数据与前一采样时刻的采样数据；
若当前采样时刻的采样数据小于前一采样时刻的采样数据，则所述微处理器放弃当前采样时刻的采样数据并结束采样；否则，所述微处理器将当前时刻的采样数据储存至各光感测器对应的采样数组并继续采样。
5.根据权利要求4所述的手势方向识别方法，其特征在于，所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息的步骤，包含以下子步骤：
所述微处理器从每组中选择二个光感测器对应的采样数组，并从所述二个采样数组中提取至少一个相同采样时刻的采样数据；
所述微处理器根据提取的相同采样时刻的采样数据产生所述手势平面方向信息。
6.根据权利要求5所述的手势方向识别方法，其特征在于，当所述微处理器从所述二个采样数组中分别提取多个相同采样时刻的采样数据时，所述微处理器根据提取的相同采样时刻的采样数据产生所述手势平面方向信息的步骤，包含以下子步骤：
所述微处理器计算各相同采样时刻的二个采样数据之差；
若各相同采样时刻的二个采样数据之差大于零，则所述微处理器将其内部储存的该组光感测器对应的方向标识符累加或累减；
所述微处理器根据每组光感测器对应的方向标识符产生所述手势平面方向信息。
7.根据权利要求4所述的手势方向识别方法，其特征在于，当所述手势方向识别系统包含两组光感测器时，其中一组光感测器位于所述红外发射器所在的水平线上，另一组光感测器位于该条水平线的垂线上；所述手势平面方向信息为从左至右、从右至左、从上至下、从下至上、从左上至右下、以及从右下至左上的其中之一。
8.根据权利要求4所述的手势方向识别方法，其特征在于，于所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息的步骤之后，还包含以下步骤：
所述微处理器选择其中一个光感测器对应的采样数组，并从选择的光感测器对应的采样数组中提取不同采样时刻的采样数据；
所述微处理器根据提取的不同采样时刻的采样数据产生手势远近方向信息；
其中，所述手势远近方向信息为由远及近或由近及远。
9.根据权利要求4所述的手势方向识别方法，其特征在于，各光感测器具有自然光感应模式与红外感应模式；于所述红外发射器产生红外发射光线的步骤之前，还包含以下步骤：
当各光感测器处于所述自然光感应模式时，所述微处理器判断各光感测器感测到的自然光强度是否在预设时长内始终小于预设强度；若是，所述微处理器将各光感测器切换至所述红外感应模式，同时启动所述红外发射器。

手势方向识别系统及识别方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及输入信号识别技术，特别涉及一种手势方向识别系统及识别方法。\n背景技术\n[0002] 随着智能手机的普及，手机的功能的越来越多样化；手势识别功能已渐渐成为手机的重要功能之一，即，很多智能手机主要是利用手势识别功能来获取用户的控制命令。目前，智能手机主要是通过触摸屏来实现手势识别功能。即，用户必须接触触摸屏并在触摸屏上形成运动轨迹，手机才能识别出对应的控制命令。\n[0003] 然而，触摸屏使用久了以后，其灵敏度可能会有所降低；尤其是当触摸屏上有水雾或者水滴时，这种接触式的手势识别更加容易出错。当遇到紧急情况(例如打电话报警)或者其它一些特殊情况(例如抓拍照片)需要立刻使用手机的某些功能时，触摸屏反应不够灵敏常常会给用户造成很大的困扰。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种手势方向识别系统及识别方法，能够快速准确地识别出用户手势，避免手势识别受到触摸屏本身灵敏度及外界环境的影响。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种手势方向识别系统，包含：微处理器、红外发射器、以及至少一组光感测器；每组中光感测器的数目至少为二个；所述微处理器连接于所述红外发射器与各光感测器；其中，所述红外发射器产生红外发射光线，各光感测器接收所述红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线，并将接收的红外反射光线转换成红外感测信号；所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组；所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息。\n[0006] 本发明的实施方式还提供了一种手势方向识别方法，应用于包含微处理器、红外发射器、以及至少一组光感测器的手势方向识别系统；每组中光感测器的数目至少为二个；\n所述手势方向识别方法包含以下步骤：所述红外发射器产生红外发射光线；各光感测器接收所述红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线，并将接收的红外反射光线转换成红外感测信号；所述微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组；所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息。\n[0007] 本发明实施方式相对于现有技术而言，手势方向识别系统包含至少一组光感测器，每组中光感测器的数目至少为二个；微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组；微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息。本发明实施方式提供的非接触式的手势识别不受触摸屏本身灵敏度及外界环境的影响，能够快速准确地识别出用户手势；并且，由于现有的移动终端已经集成有一个光感测器，本发明实施方式中只需增加移动终端内光感测器的数目并配合软件设计，即可实现非接触式的手势识别，因此能够以较小的硬件成本实现较大的技术改进。\n[0008] 另外，所述微处理器从所述二个采样数组中分别提取多个相同采样时刻的采样数据时，所述微处理器根据提取的相同采样时刻的采样数据产生所述手势平面方向信息的步骤，包含以下子步骤：计算各相同采样时刻的二个采样数据之差；若各相同采样时刻的二个采样数据之差大于零，则所述微处理器将其内部储存的该组光感测器对应的方向标识符累加或累减；所述微处理器根据每组光感测器对应的方向标识符产生所述手势平面方向信息。采用以上方式产生的手势平面方向信息具有较高的准确性。\n[0009] 另外，当所述手势方向识别系统包含两组光感测器时，其中一组光感测器位于所述红外发射器所在的水平线上，另一组光感测器位于该条水平线的垂线上；所述手势平面方向信息为从左至右、从右至左、从上至下、从下至上、从左上至右下、以及从右下至左上的其中之一。从而，本实施方式的手势方向识别系统及方法能够识别平面内多个方向的手势动作，并且具有较高的准确度。\n[0010] 另外，于所述微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息的步骤之后，还包含以下步骤：所述微处理器选择其中一个光感测器对应的采样数组，并从选择的光感测器对应的采样数组中提取不同采样时刻的采样数据；所述微处理器根据提取的不同采样时刻的采样数据产生手势远近方向信息；其中，所述手势远近方向信息为由远及近或由近及远。从而，本发明实施方式还可以识别手势相对于移动终端在远近方向(垂直于移动终端上表面所在平面)上的移动。\n附图说明\n[0011] 图1是根据本发明第一实施方式的手势方向识别系统的示意图；\n[0012] 图2是根据本发明第一实施方式的手势方向识别系统的工作原理示意图；\n[0013] 图3是根据本发明第一实施方式的其中一组光感测器输出的红外感测信号的时间-强度曲线图；\n[0014] 图4是根据本发明第二实施方式的手势方向识别方法的流程图；\n[0015] 图5是根据本发明第二实施方式的步骤S5的具体流程图；\n[0016] 图6是根据本发明第二实施方式的步骤S6的具体流程图。\n具体实施方式\n[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。\n[0018] 本发明第一实施方式涉及一种手势方向识别系统，应用于手机等移动终端。如图\n1、2所示，手势方向识别系统包含：红外发射器1、两组光感测器以及微处理器(图未示)；每组中光感测器的数目二个，微处理器连接于红外发射器与各光感测器。其中，光感测器即为目前的移动终端内已普遍应用的光感测器。本实施方式对包含的光感测器的组数以及每组中包含的光感测器的具体数目不作任何限制。\n[0019] 具体而言，第一组中的两个光感测器S1、S2分别位于红外发射器1所在的水平线L1上；第二组中的两个光感测器S3、S4位于该条水平线L1的垂线L2上。较佳的，本实施方式中的两个光感测器S3、S4的连线线段与两个光感测器S1、S2的连线线段相互垂直平分(如图\n1)，即四个光感测器S1～S4位于一个正方形的四个顶点，并且，光感测器S1、S2分别代表左、右位置，光感测器S3、S4分别代表上、下位置。从而，第一组光感测器用于检测左右方向的手势移动，第二组光感测器用于检测上下方向的手势移动。其中，本实施方式中的红外发射器\n1位于第一组光感测器的一侧，然而本实施方式对此不作限制，于其他实施方式中，红外发射器亦可以位于第二组光感测器的一侧、或者四个光感测器S1～S4连线形成的图形内的任意位置；本领域技术人员可以根据实际检测精度的需要以及应用的移动终端的结构特点灵活设计。\n[0020] 需要说明的是，本实施方式中的两组光感测器被封装于一个透明壳体内，即被集成为一个光感测模组2，该光检测模组2设置于移动终端的壳体的开口处，从而便于安装或拆卸；然而本实施方式对此不作任何限制。\n[0021] 以下详细说明本实施方式的手势方向识别系统的具体工作过程，请一并参照图2与图3。\n[0022] 各光感测器具有两种工作模式，即自然光感应模式与红外感应模式。于一般待机状态下，各光感测器处于自然光感应模式，用于感测环境光的强度以辅助实现移动终端显示屏亮度的自动调整功能。用户可以主动将其切换至红外感应模式。以下举例说明一种利用各光感测器的非接触式的切换方式，但并不以此为限。\n[0023] 当用户想要切换时，用手遮挡在各光感测器上方，即使得各检测器感测到的自然光强度变弱甚至完全感测不到光亮。微处理器将实时检测到的自然光强度与其内部储存的预设强度相比较，当自然光强度小于该预设强度时，微处理器开始计时，直至检测到的自然光强度等于或大于该预设强度时停止计时。微处理器比较该计时时长是否等于或大于该预设时长，若是，则微处理器将各光感测器切换至红外感应模式。即，当各光感测器处于自然光感应模式时，微处理器判断各光感测器感测到的自然光强度是否在预设时长内始终小于预设强度；若是，微处理器将各光感测器切换至红外感应模式，同时启动红外发射器；若否，微处理器重复执行上述判断步骤。\n[0024] 当红外发射器被启动后，红外发射器产生红外发射光线，此时，若用户正在以手势作为输入命令时(此时人手在各光检测器的上方移动)，红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线反射回来。即，红外反射光线碰到人手后，在人手表面发生漫反射，即红外反射光线形成具有一定面积的反射光线区域。多个光检测器的至少其中之一能够接收到该反射光线。以下为以第一组中的光感测器S1、S2检测左右方向上的手势移动进行说明，如图2、3所示，其中，图2中仅示意性地画出了红外发射光线与红外反射光线。\n[0025] 当人手从左向右移动时，该反射光线区域从左向右移动，从时间点T0开始，反射光线区域能够覆盖光检测器S2所在区域，即从时间点T0开始光检测器S2输出红外感测信号，由于围绕在该光检测模组2左侧边缘的部分壳体31的阻挡，此时反射光线区域还无法覆盖光检测器S1所在区域，即此时光检测器S2的输出为零。随着人手不断向右移动到某个位置时，即对应于时间点T1，反射光线区域能够同时覆盖光检测器S1、S2所在区域，即光检测器S1、S2均能够输出红外感测信号；并且，由于人手与各光检测器的相对距离不断减小，光检测器S1、S2接收到的红外反射光线的强度越来越大，即光检测器S1、S2同时输出的红外感测信号，且信号强度越来越大。当人手移动至某个位置，即对应于时间点T2，由于光检测模组2右侧边缘的部分壳体32的阻挡，反射光线区域覆盖光检测器S2所在区域的面积越来越小，光检测器S2接收到的红外反射光线的强度越来越弱，即光检测器S2输出的红外感测信号的信号强度越来越小。因此，光检测器S2、S1输出的红外感测信号的信号曲线为两个相似的抛物线，图3中分别以PS2、PS1表示；抛物线PS2、PS1的峰值分别出现在时间点T2、T4，T20，则微处理器将其内部储存的第一组光感测器对应的方向标识符F累计加1，若Δpm<0，则微处理器将其内部储存的第一组光感测器对应的方向标识符F累计减1，其中，F的初始值为0。\n[0029] 例如，N＝6，采样数组分别为：P2[6]＝[1,5,13,19,24,29]、P1[6]＝[0,0,5,8,12,\n20]，则：Δp0＝p2[0]-p1[0]＝1，由于Δp0>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝1；Δp1＝p2[1]-p1[1]＝5，由于Δp1>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝\n2；Δp2＝p2[2]-p1[2]＝8，由于Δp2>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝3；\nΔp3＝p2[3]-p1[3]＝11，由于Δp3>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝4；Δp4＝p2[4]-p1[4]＝12，由于Δp4>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝5；Δp5＝p2[5]-p1[5]＝9，由于Δp5>0，则第一组光感测器对应的方向标识符F＝F+1＝6。\n[0030] 当上述判断步骤结束后，微处理器根据每组光感测器对应的方向标识符产生所述手势平面方向信息。即，微处理器判断第一组光感测器对应的方向标识符F是否大于零，如上所述F＝6>0，则微处理器产生的手势平面方向信息为从左至右的方向(即从光传感器S1朝向光传感器S2)。于其它实施方式中，若计算出的F<0，则微处理器产生的手势平面方向信息为从右至左的方向(即从光传感器S2朝向光传感器S1)。\n[0031] 需要说明的是，由于本实施方式中的Δpm＝p2[m]-p1[m]，从而有以下判断结论：\n当方向标识符F>0，则手势平面方向信息为从左至右的方向；当方向标识符F<0，则手势平面方向信息为从右至左的方向。然而，本实施方式对此不作任何限制，当Δpm＝p1[m]-p2[m]，则判断结论与上述相反；本领域技术人员可以根据实际需要设定计算公式以及相对应的判断结论。\n[0032] 另外，本实施方式由于采用了从二个采样数组中选取多个相同采样时刻的采样数据，并通过计算出方向标识符F的方式来判断手势平面方向信息，从而能够较大程度得避免由于瞬时误差导致判断错误的情况发生。然而，本实施方式对此不作任何限制，于其它实施方式中，也可以仅从两个采样数组中选取任意一个相同采样时刻的采样数据，并根据这两个采样数据的大小来得出手势平面方向相信号。\n[0033] 以上内容是以第一组光感测器(光感测器S1、S2)检测左右方向上的手势移动为例进行具体说明，即第一组光感测器可以检测出的手势平面方向信息为：从左至右、或从右至左。第二组光感测器(光感测器S3、S4)检测上下方向上的手势移动的检测过程与第一组光感测器的检测过程相类似，此处不再赘述，即第二组光感测器可以检测出的手势平面方向信息为：从上至下、或从下至上。结合两组光感测器的检测结果后，还可以产生的手势平面方向信息为：从左上至右下、或从右下至左上。\n[0034] 另外，本实施方式中的两组光感测器分别位于水平线和竖直线上；然而本实施方式对此不作任何限制，于其它实施方式中，每组的两个光感测器所在的直线可以为任意直线，本领域技术人员可以根据该组感测器所在直线与水平线的夹角等实际因素来设定具体的采样方式和手势平面方向信号的判断方式。\n[0035] 于本实施方式中，微处理器还可以通过任意一个光检测器判断出手势远近方向信息，其中，手势远近方向信息是指手势移动为由远及近(靠近移动终端)或由近及远(远离移动终端)。\n[0036] 微处理器选择其中一个光感测器对应的采样数组，并从选择的光感测器对应的采样数组中提取不同采样时刻的采样数据。微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组。具体说明如下。\n[0037] 当人手相对于移动终端由远及近或由近及远移动时，各光感测器输出的红外感测信号的强度与人手相对于移动终端的距离成反比，即人手距离移动终端越远，各光感测器输出的红外感测信号的强度越弱，反之越强。例如，微处理器选择对光感测器S1输出的红外感测信号定时采样以产生一个采样数组，其中，该采样数组的采样个数可以预先设定。微处理器从该采样数组中选择两个不同采样时刻的采样数据，并比较两个采样数据的大小。若前一采样时刻的采样数据小于后一采样时刻的采样数据，则手势远近方向信息为由远及近；若前一采样时刻的采样数据大于后一采样时刻的采样数据，则手势远近方向信息为由远及近，则手势远近方向信息为由近及远；若前一采样时刻的采样数据等于后一采样时刻的采样数据，则重新选取采样数据比较。然而，本实施方式对上述的具体检测方式不作任何限制；于其它实施方式中，也可以将上述采样数组中的相邻采样数据依次求出差值，并根据求出的多个差值判断出手势远近方向信息(类似于判断手势平面方向信息)。\n[0038] 当手势方向识别系统应用于移动终端时，手势方向识别系统的微处理器连接至移动终端的主处理器。移动终端的主处理器内部预先存储有手势方向-操作命令对照表。从而，移动终端的主处理器根据从手势方向识别系统接收的手势平面方向信息或者手势远近方向信息与其内部储存的手势方向-操作命令对照表产生符合用户意图的操作命令。\n[0039] 本发明的第二实施方式涉及一种手势方向识别方法。具体流程如图4所示。\n[0040] 步骤S1：当各光感测器处于所述自然光感应模式时，微处理器判断各光感测器感测到的自然光强度是否在预设时长内始终小于预设强度；若是，进入步骤S2；若否，返回本步骤。\n[0041] 步骤S2：微处理器将各光感测器切换至所述红外感应模式，同时启动红外发射器。\n[0042] 步骤S3：红外发射器产生红外发射光线；\n[0043] 步骤S4：各光感测器接收红外发射光线碰到人体后形成的红外反射光线，并将接收的红外反射光线转换成红外感测信号；\n[0044] 步骤S5：微处理器定时采样各光感测器输出的红外感测信号以产生各光感测器对应的采样数组。如图5所示，步骤S5包含如下子步骤：\n[0045] 子步骤S51：微处理器获取各光感测器的当前采样时刻的采样数据。\n[0046] 子步骤S52：微处理器计算当前采样时刻的采样数据与前一采样时刻的采样数据的差值。\n[0047] 子步骤S53：微处理器判断所述差值是否小于零。若否，进入子步骤S54；若是，进入子步骤S55。\n[0048] 子步骤S54：将当前时刻的采样数据储存至各光感测器对应的采样数组；并继续采样，即返回子步骤S51。\n[0049] 子步骤S55：微处理器放弃当前时刻的采样数据并结束采样。\n[0050] 步骤S6：微处理器根据每组的各光感测器对应的采样数组产生手势平面方向信息。如图6所示，步骤S6包含如下子步骤：\n[0051] 子步骤S61：微处理器从每组中选择二个光感测器对应的采样数组，并从二个采样数组中提取至少一个相同采样时刻的采样数据。\n[0052] 子步骤S62：微处理器根据提取的相同采样时刻的采样数据产生手势平面方向信息。其中，当微处理器从二个采样数组中分别提取多个相同采样时刻的采样数据时，子步骤S62还包含以下子步骤：\n[0053] 子步骤S621：微处理器计算各相同采样时刻的二个采样数据之差。\n[0054] 子步骤S622：微处理器判断各相同采样时刻的二个采样数据之差是否大于零。若是，进入子步骤S623；若否，进入子步骤S624。\n[0055] 子步骤S623：微处理器将其内部储存的该组光感测器对应的方向标识符累计加1。\n[0056] 子步骤S624：微处理器将该组光感测器对应的方向标识符累计减1。\n[0057] 子步骤S625：微处理器根据每组光感测器对应的方向标识符产生手势平面方向信息。\n[0058] 步骤S7：微处理器选择其中一个光感测器对应的采样数组，并从选择的光感测器对应的采样数组中提取不同采样时刻的采样数据。\n[0059] 步骤S8：微处理器根据提取的不同采样时刻的采样数据产生手势远近方向信息。\n[0060] 上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。\n[0061] 不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。\n[0062] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。