基于慣性傳感器的智能手環(huán)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)

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1、１０１８３分類號(hào)ＴＰ３９１單位代碼：：研究生學(xué)號(hào)；２０１３５１４０２９密級(jí)：公開(kāi)ｍ古林大學(xué)碩古學(xué)位論文（?；瘜W(xué)化）基于慣性傳感器的智能手環(huán)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)ＧｅｓｔｕｒｅＲｅｃｏｎｉｔｉｏｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｉｎｅｒｔｉａｌＳｅｎｓｅ巧ｇｙｏｆＢｒａｃｅｌｅｔＴｈｅＳｍａｒｔ作者姓名：王善德類別：工程碩±領(lǐng)域（方向）；集成電路工程指導(dǎo)教師：秦偉平教授培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院２０１６年６月基于慣性傳感器的智能手環(huán)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)Ｇ

2、ｅｓｔｕｒｅＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＩｎｅｒｔｉａｌＳｅｎｓｏｒｓｏｆＴｈｅＳｍａｒｔＢｒａｃｅｌｅｔ作者姓名：王善德專業(yè)名稱：集成電路工程指導(dǎo)教師：秦偉平教授學(xué)位類別：工學(xué)碩±答辯曰期：年／月曰＾未經(jīng)本論文作者的書(shū)面授權(quán)，依法收存和保管本論文書(shū)面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵巧的法律責(zé)任。

3、吉林大學(xué)博壬（或碩古）學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)：所呈交學(xué)位論文。下，獨(dú)立進(jìn)行研巧工作所取得的成果除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中Ｗ明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：■曰期；＞〇／／年＾月＾曰摘要摘要手勢(shì)交互作為一種新興的人機(jī)交互方式，一直是人機(jī)交互領(lǐng)域的重要研究方向。Android和IOS智能手機(jī)的迅速普及，帶動(dòng)

4、了整個(gè)智能硬件市場(chǎng)的快速發(fā)展。智能硬件的快速發(fā)展和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的不斷提速，推動(dòng)了各種人機(jī)交互方式的發(fā)展,手勢(shì)就是目前最熱門(mén)的人機(jī)交互方式。目前，在智能汽車、可穿戴設(shè)備、汽車電子、智能手機(jī)等領(lǐng)域，都已經(jīng)使用了手勢(shì)交互作為新一代的人機(jī)交互方式。而近年來(lái)，隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體芯片的尺寸越來(lái)越小。新的半導(dǎo)體工藝推動(dòng)了MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段，使得原來(lái)的大體積設(shè)備能夠小型化甚至芯片化。基于MEMS技術(shù)的智能硬件和可穿戴設(shè)備層出不窮。

5、這些都為手勢(shì)交互產(chǎn)品的出現(xiàn)和普及做好了硬件準(zhǔn)備、軟件準(zhǔn)備和市場(chǎng)準(zhǔn)備。與語(yǔ)音交互一樣，手勢(shì)交互方式將會(huì)成為電子設(shè)備人機(jī)交互的一個(gè)極具想象力的發(fā)展方向，因此手勢(shì)識(shí)別將會(huì)取得更廣闊的應(yīng)用空間。根據(jù)手勢(shì)識(shí)別的方式不同,手勢(shì)識(shí)別可分為兩大類：基于攝像頭的圖像手勢(shì)識(shí)別、基于傳感器追蹤的手勢(shì)識(shí)別。本設(shè)計(jì)采用的是基于加速度傳感器和角速度傳感器的手勢(shì)識(shí)別方法。本設(shè)計(jì)主要開(kāi)發(fā)了一套具有手勢(shì)識(shí)別功能的智能手環(huán)。市場(chǎng)上已經(jīng)有部分智能硬件產(chǎn)品和概念產(chǎn)品使用了傳感器手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，比如部分智能電視的遙控器，部分智能手表具有自動(dòng)如抬手亮屏、翻腕切屏

6、等功能，但識(shí)別手勢(shì)單一，識(shí)別算法的核心都被安裝在計(jì)算機(jī)、智能電視或智能手機(jī)上。已有的手勢(shì)識(shí)別研究都是將嵌入式硬件作為數(shù)據(jù)采集器，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)上，然后在高端CPU上對(duì)手勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這極大的限制了手勢(shì)識(shí)別在人機(jī)交互中的應(yīng)用空間。本設(shè)計(jì)旨在開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集、識(shí)別于一體的智能可穿戴設(shè)備。本系統(tǒng)采用加速度傳感器和陀螺儀作為手勢(shì)識(shí)別的數(shù)據(jù)采集部件，nRF51822作為數(shù)據(jù)的處理和收發(fā)芯片，采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，使用安卓智能手機(jī)作為數(shù)據(jù)接收終端。主要完成的工作有:(1)完成了原始手勢(shì)數(shù)據(jù)的采

7、集和濾波，包括對(duì)加速度傳感器數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)I摘要的采集和混合濾波。(2)使用卡爾曼濾波算法對(duì)加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)字融合，加速度傳感器的漂移誤差和累積誤差較小，陀螺儀測(cè)得的角速度數(shù)據(jù)毛刺現(xiàn)象較少，本算法集合了加速度傳感器和陀螺儀各自的優(yōu)點(diǎn)，使得到的手勢(shì)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定可靠。(3)最后通過(guò)本文所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易識(shí)別算法進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別。不同于以往的手勢(shì)識(shí)別研究的方法，本設(shè)計(jì)首次將手勢(shì)識(shí)別算法使用在了低端運(yùn)算芯片上，本設(shè)計(jì)定義和識(shí)別了14種手勢(shì)。簡(jiǎn)化了復(fù)雜的識(shí)別算法，而是采用了一種簡(jiǎn)單的、基于空間位置的手勢(shì)識(shí)別方法，簡(jiǎn)化了算

8、法復(fù)雜度，提高了識(shí)別的精度和速度。關(guān)鍵詞：加速度傳感器手勢(shì)識(shí)別陀螺儀低功耗藍(lán)牙4.0安卓IIAbstractAbstractAsoneofthemostnaturalhuman-computerinteraction,gesturerecognitionhasbeenanimportantresearchinhuman-computerinte