體感手勢(shì)智能控制開發(fā)平臺(tái)研究意義

周華春

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)科學(xué)帶來的智能體驗(yàn)更加期待。通過遙控器可以智能遙控機(jī)器作業(yè)是科技贈(zèng)予工業(yè)的禮物，科學(xué)技術(shù)在漸漸改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕?，我們希望不再僅僅依賴遙控器，而是通過機(jī)器感知人的動(dòng)作，機(jī)器根據(jù)人的意愿就能完成相應(yīng)的任務(wù)。讓智能機(jī)器慢慢貼近人們的生活，改善和豐富人們的生活。開發(fā)體感手勢(shì)控制智能移動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的互動(dòng)，讓人機(jī)交互發(fā)生一次革命化的改變?；隗w感手勢(shì)控制智能移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)上所開發(fā)的智能垃圾桶是由Kinect傳感器采集人的各種手勢(shì)，該傳感器能有效地管理音頻和視頻信息，將數(shù)據(jù)處理后通過USB2.0接口傳送給上位機(jī)，由上位機(jī)分析處理數(shù)據(jù)后經(jīng)Zigbee通訊模塊傳送到智能垃圾桶，智能垃圾桶接收到指令后，根據(jù)之前人的姿態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的智能垃圾桶功能。

關(guān)鍵詞：智能；控制；交互；手勢(shì)

1 研究背景

1.1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在市場(chǎng)上的人機(jī)交互方式有很多，例如：我們常通過鼠標(biāo)和鍵盤控制我們的電腦界面；我們隨手觸摸手機(jī)屏幕操縱手機(jī)；微軟開發(fā)的Computer Pen在市場(chǎng)上也有了逐步的發(fā)展；面向PC以及Mac的體感控制器制造公司Leap近來發(fā)布的Leap Motion控制器可以在PC及Mac上通過手勢(shì)控制電腦等等。人機(jī)交互技術(shù)在不斷發(fā)展，人們想通過更簡(jiǎn)便、更人性化的方式操控機(jī)器。智能化的風(fēng)潮正在席卷著整個(gè)電子產(chǎn)品行業(yè)，人們更愿意接受是電子產(chǎn)品帶來的智能體驗(yàn)。目前，市場(chǎng)上流行的智能手腕Jawbone UP 2以及類似的產(chǎn)品還有Nike的FuelBand腕帶、Fitbit及國(guó)內(nèi)的咕咚，通過安裝的Up by Jawbone應(yīng)用，你可以查看各種數(shù)據(jù)和進(jìn)行腕帶的各種設(shè)置，可以查看個(gè)人資料、趨勢(shì)圖、團(tuán)隊(duì)功能、提醒功能、設(shè)置，也可以進(jìn)行同步、設(shè)置智能睡眠喚醒、休息提醒等。我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品所應(yīng)用體感手勢(shì)感知器為kinect，它通過對(duì)人體骨骼的追蹤識(shí)別，再由傳感器通過黑白光譜的方式來感知環(huán)境，真正意義上實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，從而對(duì)智能垃圾桶實(shí)現(xiàn)人體手勢(shì)控制。

1.2 研究意義

將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)融入人們的生活，讓人們?cè)谏钪幸搀w驗(yàn)到智能化帶來的愉快享受。我們開發(fā)的體感手勢(shì)控制智能垃圾桶在家居、辦公場(chǎng)所的清潔工作是一方面的具體應(yīng)用，基于此平臺(tái)開發(fā)出更多的生活解決方案是我們真正的研究方向和目標(biāo)。旨在將體感手勢(shì)控制移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用于人們娛樂生活，健身運(yùn)動(dòng)、智能醫(yī)療、智能交通手勢(shì)指揮等領(lǐng)域。

2 研究目標(biāo)與應(yīng)用

2.1 目標(biāo)和功能

目標(biāo)：將Kinect 傳感器識(shí)別到的有效手勢(shì)，通USB2.0接口傳送至PC機(jī)中，并應(yīng)用PC機(jī)的上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)控制命令，應(yīng)用Zigbee技術(shù)將控制命令發(fā)送到智能垃圾桶，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能垃圾桶的準(zhǔn)確控制。

功能：通過人的體感手勢(shì)的變化，有效控制智能智能垃圾桶。

2.2 體感手勢(shì)識(shí)別的應(yīng)用

在許多不同的學(xué)科中，手勢(shì)有著其獨(dú)特的含義，可能這些含義之間有某些異同。在藝術(shù)領(lǐng)域，手勢(shì)通常被用來傳達(dá)舞蹈中最富表現(xiàn)力的部分。而在人機(jī)交互設(shè)計(jì)領(lǐng)域，手勢(shì)表達(dá)了一種簡(jiǎn)單的命令，具有隨意性。手勢(shì)識(shí)別可用于多種場(chǎng)合，例如：在播放音樂時(shí)用手的深度變化來控制音量的大小；在接聽電話時(shí)，通過手來控制接聽的開關(guān)；在遠(yuǎn)程操控中，用手來控制遠(yuǎn)程汽車的前進(jìn)和后退。

3 智能垃圾桶實(shí)現(xiàn)方案

本項(xiàng)目所選用Kinect體感手勢(shì)識(shí)別傳感器，其能夠捕捉、跟蹤以及解密人體的動(dòng)作和手勢(shì)，它通過對(duì)深度圖像和骨骼圖像的分析實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)手勢(shì)識(shí)別。在骨骼圖像的20個(gè)骨點(diǎn)中選取至少2個(gè)有效骨骼點(diǎn)，通過追蹤這些骨骼點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)對(duì)手部的追蹤；再通過對(duì)手部深度圖像的分析來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)手勢(shì)識(shí)別。

3.1 智能垃圾桶功能和特點(diǎn)

a、智能喚醒——家里或辦公室沒有人時(shí)，垃圾桶將處于停止工作狀態(tài)，等家里或辦公室有人吸煙或丟垃圾時(shí)，雖然有一段時(shí)間垃圾桶處于停止工作狀態(tài)，但這時(shí)垃圾桶同樣能自己識(shí)別判斷你是否需要服務(wù)而開始投入工作；

b、隨意控制移動(dòng)——當(dāng)你想讓垃圾桶到某個(gè)地點(diǎn)去，可以用手勢(shì)隨意的控制垃圾桶向左向右，向前向后移動(dòng)，然后移動(dòng)到你想到達(dá)的位置；

c、隨意控制桶蓋開關(guān)——當(dāng)你丟垃圾時(shí)可以用一個(gè)手勢(shì)就能讓桶蓋打開；不使用時(shí)，則可以用一個(gè)手勢(shì)命令桶蓋關(guān)閉；

d、定點(diǎn)清理——地面某個(gè)地方特別臟時(shí)，可以控制垃圾桶的吸塵功能定點(diǎn)在特別臟的地方清理，達(dá)到你滿意為止；

e、異味檢測(cè)——當(dāng)垃圾桶內(nèi)的垃圾不多但存放時(shí)間過長(zhǎng)而發(fā)生惡臭等異味的時(shí)候，提醒主人清理；

f、防碰撞——當(dāng)垃圾桶碰到障礙物和遇到過不了的坑時(shí)，自動(dòng)繞道躲避。

3.2 體感手勢(shì)識(shí)別智能垃圾桶方案

基于體感手勢(shì)控制智能移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)上所開發(fā)的智能垃圾桶是由Kinect傳感器采集人的各種手勢(shì)，該傳感器能有效地管理音頻和視頻信息，將數(shù)據(jù)處理后通過USB2.0接口傳送給上位機(jī)，由上位機(jī)分析處理數(shù)據(jù)后經(jīng)Zigbee通訊模塊傳送到智能垃圾桶，智能垃圾桶接收到指令后，根據(jù)之前人的姿態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的智能垃圾桶功能。方案結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。

這款產(chǎn)品操作簡(jiǎn)單，只需要一些很普通、簡(jiǎn)單的手勢(shì)即可完成對(duì)體感手勢(shì)控制智能移動(dòng)平臺(tái)的操作。