动态手势识别系统的设计与实现

2021-10-26卢洪斌

山西电子技术 2021年5期

钟静，卢洪斌

(百色学院，广西百色 533000)

0 引言

手势识别在交通、医疗、游戏等领域已经得到了广泛的研究，如手势识别可用于自动驾驶检测交警手势，国内外一些车型已具备手势识别的基本功能。医疗仪器引入手势识别可以减少医务人员日常工作中病毒交叉感染的风险。在无线设备操控、智能家居、手语翻译、VR游戏等方面手势识别也有广阔的应用空间[1]。

手势识别与传统的鼠标、键盘输入相比，手势操作相对方便快捷，可应用在机械手控制、智能家居、手机、机器人、AR/VR电子设备、互动娱乐等交互应用中[2,3]。手势识别只需要使用者通过手势动作，就可以表达丰富的含义，如在支持手势动作识别的游戏中，玩家可以直接通过身体及手臂的摆动去操控游戏中的角色，而不需要记住特定按键所代表的含义，大大提高了玩家的速度，带给玩家身临其境的体验[4]。手势识别系统还具有安装方便、快捷的优点，一般只需要单一的摄像头或少量的元器件就可以完成数据的收集和信息的反馈[5]。

本文设计的动态手势识别系统具有手势识别、接近检测、猜拳游戏和手势操控四种功能，是一种可用于广泛领域的基本手势识别装置。

1 动态手势识别系统的结构及软硬件设计

动态手势识别系统的结构如图1所示，系统由单片机、手势识别传感器模块、LED模块、继电器模块、串口电容触摸屏组成。单片机通过IIC协议接收手势识别模块传输的信息，把该信息进行处理后，通过串口把数据发送到串口屏幕；手势识别模块通过IIC协议可与主控进行通信，本文采用的ATK-PAJ7620手势识别模块是一种光学数组式传感器，可以对检测距离内的物体检测体积与亮度，且自带九种动态手势识别功能；LED模块用于手势操控模式下对用户的手势做出反应；继电器控制模块有五路继电器构成，用于手势操控模式下，当用户做出手势时相对应的那一路继电器会执行通断的指令；串口屏幕模块用于用户进入相应模式的界面。

图1 动态手势识别系统的结构

ATK-PAJ7620模块作为人机交互的主要功能模块，承担着手势识别采集到数据的识别、分析与数据存储等过程，并将检测数据传输给单片机的功能[6]。

系统的主控选用STM32F103ZET6芯片，它通过IIC通信接收手势识别模块的信号，然后通过串口通信在串口屏幕上显示，芯片的PF4～PF7端口控制着4路LED和继电器。IIC通信使用到的端口为PB11(SDA数据线)和PB10(SCL时钟线)，串口通信使用到的端口为PA10(RX)和PA9(TX)。图2为单片机主控电路图。

图2 单片机主控电路图

PAJ7620模块包含有电源处理电路、传感器阵列、目标检测模块、手势识别模块与红外LED等功能电路，通过IIC接口与主控芯片通信。传感器阵列检测到物体时，目标检测模块对检测到的物体读取相应的数据，该数据保存在寄存器中，同时手势识别模块也会对数据进行处理并把数据存储到寄存器中，用户可通过IIC把寄存器内需要的数据读取出来，即可得到手势数据。

2 动态手势识别系统的测试

本系统有四个模式：手势识别模式、接近检测模式、猜拳游戏模式、手势控制模式。手势识别模式可对用户的“向前”、“向后”、“向上”、“向下”、“向左”、“向右”、“顺时针”、“逆时针”、“挥动”九种动态手势做出判别；接近检测模式可对靠近传感器的物体做出亮度、体积的识别并进行数据显示，其中亮度显示最大值为255，体积显示最大值为900，亮度与体积的步进值均为1；猜拳游戏模式可对用户的石头、剪刀、布三种手势进行数据录入和判断；手势操控模式可对上、下、左、右进行识别，用上、下手势来控制灯亮的位置，用左、右手势来控制灯的亮灭。图3为动态手势识别系统的串口屏幕显示的模式选择界面。