一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法技术

一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法，具体包括以下步骤：根据字母手势集的应用场景特点，提出两种位置变化免疫特征；从节点数与方向矢量的角度，设计节点数分别为2、3、4时的手势设计方案，分别获得1种两节点、7种三节点两段式、6种三节点三段式及19种四节点三段式的手势设计方案；获取各方案的表示形式；对于重复的手势方案，对其予以剔除；再增加1种四节点三段式的手势方案满足26个英文字母全覆盖。本发明专利技术最后设计出一套字母手势集，确保每种字母手势的唯一性，从而形成一套对环境变化具有强免疫性的字母手势集合。化具有强免疫性的字母手势集合。化具有强免疫性的字母手势集合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法


[0001]本专利技术属于无线传感领域，涉及一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法。

技术介绍

[0002]布莱叶盲文是一种专门为盲人设计，供盲人进行阅读，并靠手指触觉感知点字符号的文字，又称点字。其使用规则是盲人通过手指摸读纸质物上有隆起的符号来获取文字信息。这种方式虽然能帮助盲人获取外界消息，但并不兼备向外传输盲人语义信息的功能。为满足此类语言表达受限特殊群体的使用需求，手势识别技术成为人机交互领域的重要组成部分，核心理念是将手指手势作为输入、将手势动作代表的用户语义映射为输出，其对于改善语言表达受限特殊群体的生活质量具有重要意义。如今，随着研究的深入，人机交互技术已经能够依靠细粒度的信道状态信息(Channel State Information，CSI)数据来开展更精细化的工作，细粒度数据是一种精确度更高的数据，包含了数据采集的每个数据包，反映了每一条信号传输路径的情况，感知能力强。精细化程度更高的人机交互技术在人类生活中充分发挥了积极作用，丰富并拓展了人们感知生活的方式。
[0003]手势识别过程主要是收发设备通过采集WiFi环境中的CSI数据样本推断手势动作，并与字母手势集中的手势进行匹配，进而识别出用户的复杂语义信息，而位置的变化会使得设计的字母手势集发生改变。针对这一问题，本专利技术提出一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是，提供一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法，解决由于环境变化对每个英文字母手势识别产生影响的问题。本专利技术采用的技术方案是，将布莱叶盲文凸点转换为手势执行的停顿点，并利用手指执行线段完成点与点的连接，利用这些停顿点进行排列组合生成不同的分布方式，每种分布方式映射为一种英文字母，具体包括以下步骤：
[0005]步骤1：选取路由器作为发射器、笔记本电脑作为接收器组成WiFi通信系统，通过采集CSI数据来反映不同手势信号的变化，其中笔记本电脑不断地从路由器中接收无线数据包，并使用CSI Tool软件从Intel 5300网卡适配器中提取CSI读数，字母手势集的设计基于两项准则，一是采用手指移动(即手势)表征单个英文字母，二是每个英文字母的手势具有唯一性；
[0006]步骤2：采用手势片段数与手势移动方向变化序列两种特征来表征手势动作，此两种特征能够应对位置变化、用户多样性以及环境变化的影响，即具备位置变化免疫能力；
[0007]步骤3：从节点数与方向矢量的角度设计26种字母的最佳手势，每种字母的手势设计方案均映射为一种有向图，且对应一个邻接矩阵D，对于每种字母手势而言，其表示形式T
i
由邻接矩阵D和方向矩阵F组成，即T
i
＝{D
i
，F
i
}，其中，i∈[1，26]，D
i
为第i个字母手势方案中有向图的邻接矩阵，D
i
中元素为0或1，0表示顶点本身以及有向边无法邻接的顶点，1表示
有向边可以邻接的顶点，F
i
为第i个字母手势方案中的方向矩阵；
[0008]步骤4：基于“最少手指移动数”原则来设计字母手势，首先从节点数为2的情况开始设计字母手势，当节点数为2时，字母手势设计方案仅包含一条线段，即手指从一个节点移动到另一个节点，由于节点数为2的分布方式仅要求节点位于一条直线上，因此手指无论是横向移动、竖向移动还是斜向移动，系统识别结果相同，两节点手势设计方案对应的字母手势方案表示形式T
i
为T1＝{D1＝[0，1；0，0]，F1＝[θ＝0]}，其中，θ为手势移动的角度；
[0009]步骤5：考虑节点数为3的情况，首先设计三节点两段式手势方案，在这一设计方式下，线段数为2，仅使用手势移动片段数难以设计多种不同的字母手势方案，故通过改变手势的移动角度和方向来确保手势的唯一性，设计出七种手势方案，其表示形式T
i
分别为T1＝{D1＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F1＝[θ＝0]}、T2＝{D2＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F2＝[θ∈(
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π，
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π/2)]}、T3＝{D3＝[0，0，1；0，0，0；0，1，0]，F3＝[θ∈(π/2，π)]}、T4＝{D4＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F4＝[θ∈(
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π/2，0)]}、T5＝{D5＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F5＝[θ∈(0，π/2)]}、T6＝{D6＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F6＝[θ∈(
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π，
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π/2)]}、T7＝{D7＝[0，0，1；0，0，0；0，1，0]，F7＝[θ∈(π/2，π)]}，其中，θ为手势移动的角度；
[0010]步骤6：在完成两段式手势方案设计后，接下来考虑三节点三段式的情况，每种三节点三段式手势设计方案表示形式T
i
分别为T1＝{D1＝[0，1，0；0，0，1；1，0，0]，F1＝[θ1∈(
‑
π，
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π/2)；θ2∈(
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π，
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π/2)；θ2∈(
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[0011]步骤7：根据步骤5～步骤7设计的手势方案可知，已有的手势设计方案为12种，不能覆盖26个英文字母，故需考虑节点数为4的手势设计情况，此时的节点分布情况主要包括四个节点在一条直线上、不存在三个节点分布在一条直线上以及存在三个节点分布在一条直线上三种情况，首先考虑线段数最少的情况，即线段数为3条，通过改变手指移动的方向矢量变化设计出19种手势方案，每种四节点三段式手势设计方案表示形式T
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分别为T1＝{D1＝[0，1，0，0；0，0，1，0；0，0，0，1；0，0，0，0]，F1＝[θ1＝0；θ2＝0]}、T2＝{D2＝[0，1，0，0；0，0，1，0；0，0，0，1；0，0，0，0]，F2＝[θ1＝0；θ2∈(
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π/2)]}、T3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置变化免疫的字母手势集设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：选取路由器作为发射器、笔记本电脑作为接收器组成WiFi通信系统，通过采集信道状态信息(Channel State Information，CSI)数据来反映不同手势信号的变化，其中笔记本电脑不断地从路由器中接收无线数据包，并使用CSI Tool软件从Intel 5300网卡适配器中提取CSI读数，字母手势集的设计基于两项准则，一是采用手指移动(即手势)表征单个英文字母，二是每个英文字母的手势具有唯一性；步骤2：采用手势片段数与手势移动方向变化序列两种特征来表征手势动作，此两种特征能够应对位置变化、用户多样性以及环境变化的影响，即具备位置变化免疫能力；步骤3：从节点数与方向矢量的角度设计26种字母的最佳手势，每种字母的手势设计方案均映射为一种有向图，且对应一个邻接矩阵D，对于每种字母手势而言，其表示形式T
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由邻接矩阵D和方向矩阵F组成，即T
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＝{D
i
，F
i
}，其中，i∈[1，26]，D
i
为第i个字母手势方案中有向图的邻接矩阵，D
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中元素为0或1，0表示顶点本身以及有向边无法邻接的顶点，1表示有向边可以邻接的顶点，F
i
为第i个字母手势方案中的方向矩阵；步骤4：基于“最少手指移动数”原则来设计字母手势，首先从节点数为2的情况开始设计字母手势，当节点数为2时，字母手势设计方案仅包含一条线段，即手指从一个节点移动到另一个节点，由于节点数为2的分布方式仅要求节点位于一条直线上，因此手指无论是横向移动、竖向移动还是斜向移动，系统识别结果相同，两节点手势设计方案对应的字母手势方案表示形式T
i
为T1＝{D1＝[0，1；0，0]，F1＝[θ＝0]}，其中，θ为手势移动的角度；步骤5：考虑节点数为3的情况，首先设计三节点两段式手势方案，在这一设计方式下，线段数为2，仅使用手势移动片段数难以设计多种不同的字母手势方案，故通过改变手势的移动角度和方向来确保手势的唯一性，设计出七种手势方案，其表示形式T
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分别为T1＝{D1＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F1＝[θ＝0]}、T2＝{D2＝[0，1，0；0，0，1；0，0，0]，F2＝[θ∈(
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π，...

【专利技术属性】
技术研发人员：史伟光，高雅洁，雷丽君，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：