本发明专利技术提供了一种基于加速度传感器的手势识别的旋转特征提取方法，将用户在三维空间书写所产生的三轴加速度信号分别投影到ｙ－ｚ，ｚ－ｘ，和ｘ－ｙ平面，得到三个二维矢量Ａｙｚ（ｔ），Ａｚｘ（ｔ），和Ａｘｙ（ｔ），然后分别提取ｙ－ｚ，ｚ－ｘ，和ｘ－ｙ平面的旋转特征ＲＦｙｚ（ｉ），ＲＦｚｘ（ｉ）和ＲＦｘｙ（ｉ），再分别对提取到的旋转特征ＲＦｙｚ（ｉ），ＲＦｚｘ（ｉ）和ＲＦｘｙ（ｉ）进行编码得到旋转特征码Ｃｙｚ，Ｃｚｘ和Ｃｘｙ。本发明专利技术从三轴加速度信号中提取了一种新颖的旋转特征，这种旋转特征能有效地表示书写时手势运动的顺时针旋转和逆时针旋转的变化过程，根据本发明专利技术所提供的旋转特征提取，就可以方便实现基于该旋转特征的三维空间书写数字识别算法的完整框架，从而对基于加速度传感器的三维书写字符进行有效识别。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于模式识别与人工智能
，特别是涉及一种基于加速度传感器的 手势识别的旋转特征提取方法。
技术介绍
基于加速度传感器的人运动识别是近年来计算机领域中新兴起的研究前沿方向 之一，即将加速度传感器穿戴在用户身上或将它集成在手机或PDA等手持设备上，通过分 析人运动时所产生的加速度信号来进行检测、识别用户的运动状态并对其行为进行理解和 描述，它属于穿戴式计算(Wearable Computing)和普适计算(Ubiquitous Computing)的 重要研究内容之一。目前，基于加速度传感器的人运动识别主要包括人运动状态识别和人手势识别两 方面。运动状态识别主要是识别人在日常生活中走路、跑步、坐着、站立等基本动作；而手 势识别主要是识别一些简单的电话手势、自定义的用于控制设备的简单手势、阿拉伯数字 0-9。基于加速度传感器的人运动识别的关键在于特征提取，许多研究人员都从加速度信号 中提取了有效的特征用于识别人的运动状态和手势，综合起来可以把这些特征分成两类 时域特征和频域特征。常用的时域特征主要有均值、方差或标准差、两轴之间的相关系数、 加速度信号的峰值和谷值等等；常用的频域特征有FFT系数等。在基于加速度传感器的人手势识别中，识别在三维空间书写的阿拉伯数字0-9受 到一些研究人员的重视，因为基于三轴加速度传感器的三维空间书写不同于传统的二维平 面书写，用户只需要手握嵌入三轴加速度传感器的书写设备在空中自由书写，它既不受某 个特定的书写平面的限制(如手写板、触摸屏)，也不需要任何外挂设备(如摄像头)，提供 了一种全新的数字笔实现方式，因而具有很好的应用研究价值。尽管在基于三轴加速度信号的手势识别领域的研究人员已经从事了大量的研究 工作，但从目前已公开的技术来看，如何从书写过程产生的三轴加速度信号中提取有效的 特征还是一个研究难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。为了实现上述专利技术目的，采用的技术方案如下，将用户在三维空间书 写所产生的三轴加速度信号分别投影到y_z，z-x，和x_y平面，得到三个二维矢量Ayz(t)， Azx (t)，和Axy (t)，然后分别提取y-z，z-x,和x-y平面的旋转特征RFyz⑴，RFZX⑴和 RFxy(i)，再分别对提取到的旋转特征RFyz(i)，RFzx(i)和RFxy(i)进行编码得到旋转特征码 CyZ，Czx 禾口 Cxy。上述技术方案中，所述得到二维矢量的具体操作如下用户在三维空间书写时，通过三轴加速度传感器同时测量手势运动时产生的相互正交的三个轴向的加速度，分别用ax (t)，ay (t)，az (t)表示x轴、y轴和z轴的加速度信号， 记A(t) = 是某个手势运动时产生的一个三轴加速度信号，信号的长 度记为S，定义B(t) = A(t)XA(t+l)，则B(t)是一个矢量，且B(t)的方向是垂直于A(t) 和A(t+1)的平面向上，或垂直于A(t)和A(t+1)平面向下，当B(t)的方向垂直于A(t)和 A(t+1)的平面向上时，表示加速度信号A(t)从t到t+1时刻逆时针旋转，当B(t)的方向垂 直于A(t)和A(t+1)的平面向下时，表示加速度信号A(t)从t到t+1时刻顺时针旋转；对于一个三维空间书写时产生的三轴加速度信号A (t)，分别从下述三个投影平面 提取旋转特征Ayz(t) = Azx(t) = Axy(t) = 其中，二维矢量~2(0^卩(0，和^0分别是三轴加速度信号A (t)在y-z，z-X， 和x_y平面的投影。所述旋转特征的提取如下提取y_z 平面的旋转特征 RFyz(i)，定义 Byz(t) = Ayz(t) XAyz(t+1)，贝Byz(t)的 方向垂直于Ayz(t)和Ayz(t+1)平面向上时加速度Ayz(t)逆时针旋转，Byz(t)的方向垂直于 Ayz(t)和Ayz(t+1)平面向下时加速度Ayz(t)顺时针旋转，记第i个旋转特征为RFyz(i)，i > 1，则旋转特征RFyz(i)的提取如下RFyz(l) =Ayz(0)RFyz(i) = Ayz(t+1)，当 Byz(t)和 Byz(t_l)的方向相同，但Ayz(t+1)和 Ayz(t)不在同一象限；或当Byz(t)和Byz(t_l)的方向相反时以同样的方式分别提取z-x和x_y平面的旋转特征RFzx(i)和RFxy(i)。本专利技术对旋转特征进行编码的操作如下旋转特征RFyz(i)是一个由ay(t)和az(t)确定的矢量，由于旋转是由矢量的方向 决定的，所以在用ay(t)和~(0表示提取的旋转特征RFyz(i)时，将矢量的大小取为相等， 并根据y_z平面的四个象限分别定义为0、1、2和3，根据矢量方向处于哪个象限就取对应的 值，从而对提取的旋转特征RFyz(i)进行编码，得到旋转特征码Cyz，同样在z-x和x-y平面 上对RFzx(i)和RFxy(i)进行编码，得到旋转特征码Czx和Cxy。本专利技术还可以在产生三轴加速度信号后，进行预处理操作，所述预处理操作包括 去除重力加速度的影响、幅度归一化及滤除噪声。进一步地，所述预处理操作首先通过减去三轴加速度信号的均值可以去除重力加 速度的影响，然后对三轴加速度信号幅度进行标准化处理，接着利用高斯滤波器，滤除加速 度信号中包含的测量时的噪声及由于手腕抖动产生的噪声。本专利技术从三轴加速度信号中提取了一种新颖的旋转特征，这种旋转特征能有效地 表示书写时手势运动的顺时针旋转和逆时针旋转的变化过程，根据本专利技术所提供的旋转特 征提取，就可以方便实现基于该旋转特征的三维空间书写数字识别算法的完整框架，从而 对基于加速度传感器的三维书写字符进行有效识别。附图说明图1是基于加速度传感器的三维书写字符识别的流程图；图2是本专利技术的基于y_z平面提取的旋转特征；图3是本专利技术的对加速度的方向变化的编码图；图4是本专利技术的流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。基于旋转特征的三维空间书写识别算法的系统流程图如附图1所示，具体步骤包 括1、预处理对于采集到的三维加速度信号首先通过减去均值去除重力加速度的影响，然后进 行幅度归一化处理，接着对其进行高斯滤波，滤除加速度信号中包含的测量时的噪声及由 于手腕抖动产生的噪声。2、提取旋转特征码本步骤是核心步骤，也是本专利技术的具体内容，具体如附图4所示，基于加速度传感 器的三维空间书写不同于传统的二维平面书写，它采集不到书写者的书写轨迹，只能获得 由三轴加速度传感器测得的三个轴向的加速度信号。如何利用这三个轴向的加速度信号来 识别出书写者写的是什么，特征提取是关键。三轴加速度传感器能同时测量手势运动时产生的相互正交的三个轴向的加速度， 分别用ax (t)，ay (t)，az (t)表示x轴、y轴和z轴的加速度信号。记A(t) = 是某个手势运动时产生的一个三轴加速度信号， 信号的长度记为S。定义B(t) = A(t) XA(t+l) (1)则B(t)也是一个矢量，且B(t)的方向只有两种情况，一种是垂直于A(t)和 A(t+1)的平面向上，另一种是垂直于A(t)和A(t+1)平面向下。当B(t)的方向垂直于A(t) 和A(t+1)的平面向上时，加速度信号A(t)从t到t+1时刻本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于加速度传感器的手势识别的旋转特征提取方法，其特征在于将用户在三维空间书写所产生的三轴加速度信号分别投影到ｙ－ｚ，ｚ－ｘ，和ｘ－ｙ平面，得到三个二维矢量Ａ↓［ｙｚ］（ｔ），Ａ↓［ｚｘ］（ｔ），和Ａ↓［ｘｙ］（ｔ），然后分别提取ｙ－ｚ，ｚ－ｘ，和ｘ－ｙ平面的旋转特征ＲＦ↓［ｙｚ］（ｉ），ＲＦ↓［ｚｘ］（ｉ）和ＲＦ↓［ｘｙ］（ｉ），再分别对提取到的旋转特征ＲＦ↓［ｙｚ］（ｉ），ＲＦ↓［ｚｘ］（ｉ）和ＲＦ↓［ｘｙ］（ｉ）进行编码得到旋转特征码Ｃ↓［ｙｚ］，Ｃ↓［ｚｘ］和Ｃ↓［ｘｙ］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛洋，金连文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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