(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
长沙市基础教育管理平台(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910298787.7
(22)申请日 2019.04.15
(71)申请人 吉林大学
淮南子传奇
地址 130012 吉林省长春市前进大街2699
号
(72)发明人 燕学智 左昕雨 龙靖 刘书彦
(74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有
限责任公司 22100
代理人 魏征骥
(51)Int.Cl.
G01S 7/539(2006.01)
G01S 7/527(2006.01)
G01S 7/536(2006.01)
(54)发明名称
意象艺术
灰姑娘的春天
(57)摘要
本发明涉及一种基于超声波测距原理的手
势识别方法，属于人机交互领域。构建样本集，提
段和识别阶段，然后利用训练好的分类器完成识
别阶段；将回波到达点检测算法移植到LabVIEW
后执行手势分割算法，对数据进行处理，识别出
当前手势，并将手势显示出来，最终实现手势识
别。优点：无需佩戴设备即可实现动态手势特征
提取，可对回波数据进行有效降维降低计算复杂
ssnd度、提高相关的手势识别速度，可根据需要建立
用户个性化样本集并利用实时数据进行匹配，提
高相关手势识别方法的准确性。权利要求书3页 说明书9页 附图8页CN 110031827 A 2019.07.19
C N 110031827
A
权 利 要 求 书1/3页CN 110031827 A
1.一种基于超声波测距原理的手势识别方法，基于的硬件是“一发三收”的超声波测距系统，其特征在于，包括下列步骤：
步骤(1)根据“一发三收”超声波测距硬件的基本原理，对当前复杂情况下超声波回波信号进行分析，构建样本集，提取能够表示手势的特征数据；
步骤(2)到合适的手掌回波到达点的检测算法，设置合适的阈值，寻手掌回波数据，从而计算出手掌回波飞行距离，实现数据降维；
步骤(3)将手势数据从连续数据中分割出来以实现特征提取，借助k近邻算法实现其训练阶段和识别阶段，利用样本集的构建完成训练阶段，然后利用训练好的分类器完成识别阶段；
步骤(4)利用求取最大信息系数的方法比较利用不同特征向量进行特征提取时的识别效果，得出更优的手势分割方法，将回波到达点检测算法移植到LabVIEW后执行手势分割算法，对数据进行处理，识别出当前手势，并将手势显示出来，最终实现手势识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波测距原理的手势识别方法，其特征在于：步骤(1)中构建样本集，提取能够表示手势的特征数据的具体实现过程如下：
根据一个超声波发射探头和一个超声波接收探头，可以计算出手掌到两个探头的距离和，基于“一发三收”的超声波手势识别系统，即一个超声波发射探头和三个超声波接收探头组成的超声波手势识别系统，由三个接收探头收到的数据可以确定一点的空间坐标；
微型空调为了使最终的手势识别效果最佳，需要通过实验不断调整算法参数或者寻效果更好的算法，为了保证实验的合理性，需要有足够多的样本来进行实验，同时样本应该具有代表性和推广性；
在构建了样本集后，接下来提取能够表示手势的特征数据一次完整的数据采集，总共有三路接收电路，每一路接收Q个回波数据，也就是说一次完整采集，得到是一个的3×Q矩阵记为data，称为一帧数据；
接收到的回波数据是整个系统实现手势识别的关键，在所有实验之前应该先观察数据，从数据中寻
有用特征，将数据用波形图显示出来，为了便于分析，将采集到的数字量都减去一个合适的值，使数据图像整体向下平移至合适位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波测距原理的手势识别方法，其特征在于：步骤(2)中的寻手掌回波数据，计算出手掌回波飞行距离，实现数据降维的具体实现过程如下：
根据对系统回波数据的分析，提出了以下检测方法：定义手掌回波信号的起始点为手掌回波到达点，从左往右遍历所有数据，到所有可能是手掌回波数据的部分：设定阈值T起始，如果接收到的数据大于这个阈值就认为是一个回波信号的起点，如果从某一点开始所有个采样数据都没有超过这一阈值，认为当前回波数据结束，开始寻下一回波数据起点；
记录每个回波信号数据的最大值y max和最小值y min以及回波开始的位置x start和结束的位置x stop，那么以(x start,y min)、(x start,y max)、(x stop,y min)和(x start,y max)的四个点为顶点的矩形将可以将回波信号框起来，其中矩形的长代表回波持续时间，矩形的宽代表回波的强度；
同时，由于前后两帧数据是连续获得的也就是说上下两帧的手掌回波到达点相差应该不大，如果a是上一帧的手掌回波到达时间，那么x start-a代表回波与上一帧回波到达点的差值，以回波持续时间、回波强度、回波与上一帧的差值这三个特征建立决策树从而到当前
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