[发明专利]基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法

权利要求书

1.基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法，应用于人机交互手势识别，其特征在于：依托的姿态识别系统，包括基于光纤复合柔性传感器、终端处理及显示设备、光纤光谱解调设备、光纤耦合器及数字信号采集卡；

光纤复合柔性传感器，即柔性传感器，包括光纤布拉格光栅及光纤应变传感模块；

所述光纤应变传感模块由弯曲的光纤和硅胶凝固在一起且给光纤预留了拉伸；

所述光纤光谱解调设备，内置有宽带光源和用于探测光纤光栅反射光波长和强度的光电探测器，具体为：

从光纤光栅解调设备中宽带光源出来的光通过光纤跳线连接到光纤耦合器一端，光纤耦合器另一端通过光纤跳线与多个柔性传感器连接在一起；

所述光纤应变传感模块与光纤布拉格光栅串联，置于光纤光栅与光纤耦合器中间，靠近光纤光栅，由弯曲的光纤凝固在硅胶中组成；

光纤布拉格光栅，即FBG；所述应变传感模块与FBG分开，所述光纤应变传感模块的另一端通过光纤跳线与FBG连在一起；

FBG反射光的3dB带宽决定了最多可同时接入的FBG的个数为:宽带光源的带宽除以FBG反射光的带宽；FBG最多可接入个数决定传感器的最大密度；

所述光纤耦合器既当了分束器与合束器的作用，当光从光源向传感器传播时充当分束器，而反射光反向传输时充当合束器；

不同的FBG反射特定波长的光可用于位置标记；光的强度代表着应变导致的弯曲曲率；

所述光纤弯曲的曲率半径为1cm到2cm；所述柔性传感器的数量大于1；

曲率与强度的关系通过测量标定；

先经过应变传感模块再经FBG反射回来的光将携带应变发生的位置以及应变的大小信息；

所述姿态识别系统中各组成部件的连接关系如下：

光纤光谱解调设备分别与光纤耦合器和数字信号采集卡相连；数字信号采集卡与终端处理及显示设备相连，光纤耦合器分别与光纤光谱解调设备和光纤应变传感模块相连；光纤应变传感模块分别与光纤布拉格光栅以及光纤耦合器相连；光纤耦合器的一端与多个柔性传感器相连，另一端与光纤光谱解调设备相连；所述柔性传感器中的光纤布拉格光栅与光纤耦合器相连；

所述应用于人机交互手势识别中，将柔性传感器布置在手指关节处，通过检测手指关节应变来识别手势，当手指关节变化时表现为在终端处理及显示设备中光强的变化，在这个过程中只需要将提前定义好手势，记录手指关节与柔性传感器的对应关系，便可建模还原手势，完成人机交互；

所述人体姿态识别方法，包括如下步骤：

步骤1、分别将各个光纤复合柔性传感器分布式放置在需要检测的关节处；

步骤2、记录下步骤1需要检测的关节位置与对应光栅反射波长之间的关系；

步骤3、光纤光谱解调设备中光源发出的宽带光，通过光纤耦合器分别进入不同的柔性传感器支路；

步骤4、进入支路的光通过光纤应变传感模块发生第一次光强衰减，输出第一次光强衰减后的光；

步骤5、经步骤4输出的第一次光强衰减后的光经过FBG，将波长满足布拉格条件的光形成后向反射，将不满足布拉格条件波长的光透射出去；

步骤6、后向反射的光经过光纤应变传感模块形成第二次衰减，从光纤应变传感模块出来的光通过光纤耦合器与其他N-1个支路反射的光合成一束共同传入光纤光谱解调设备进行解调，输出携带光强及波长信息的模拟信号；

步骤7、光纤光谱解调设备将步骤6解调出来的携带光强及波长信息的模拟信号接入数字采集卡，数字采集卡将对应的模拟信号转换成数字信号；

步骤8、数字采集卡将步骤7转换的数字信号接入终端处理及显示设备，在终端处理及显示设备上通过软件观察光的波长和光强信息；

步骤9、终端处理及显示设备上将光的波长和光强信息进行解耦和分离，得到随时间波动的光强信息；

步骤10、终端处理及显示设备将随时间波动的光强信息做低通滤波处理，滤除高频抖动，输出滤波后的光强信息；

步骤11、依据步骤10输出的滤波后的光强信息，推算对应关节弯曲角度的方向和大小数据；

步骤12、将基于关节弯曲方向和大小的数据与步骤2记录的关节位置与波长关系数据进行组合，绘制所述人体的骨骼模型得到姿态信息。

2.根据权利要求1所述的基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法，其特征在于：依托的姿态识别系统中数字信号采集卡用于将光纤光谱解调设备输出信号数字化传递给终端处理及显示设备。