[发明专利]一种基于静电探测的非接触式人机交互方法

摘要

本发明公开的一种非接触式人机交互方法，属于人机交互领域。本发明的实现方法为：布设能检测到人体手部运动静电信号的多极板探测阵列；获得人体手部的运动方向与速度和人体手部水平面垂直方向运动速度；根据上述参数确定手部实时位置和运动状态。根据手部实时位置和运动状态，对计算机鼠标操作进行匹配，从而根据手部静电探测信号完成选中、拖动和打开的人机交互功能。本发明将非接触式静电探测技术应用于人机交互领域，可减小人体手部速度与方向测量技术的工作死角区，降低人体手部运动探测系统的设计复杂程度，降低交互系统对环境的要求，实现对手部实时位置与运动状态的测量，通过判定手部运动状态，实现对计算机鼠标的操作。

主权项

一种基于静电探测的非接触式人机交互方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：布设能检测到人体手部运动静电信号的多极板探测阵列，所述探测阵列包括至少一组多极板探测单元；多极板探测单元由五个极板组成，其中四个极板分成两对，两对极板间的连线互相垂直，每对极板间距离为d，d≤200cm，四个极板位置布置呈正方形；第五个极板布置在垂直于四个极板所在平面的方向上，并且距离四个极板距离相同，距离四个极板所在平面距离为d，五个极板构成一个空间四棱椎体。极板间距离为d相对于人体手部运动距离较小，分析的运动距离d所用的时间相对于人体手部运动时间较小，因此测得的速度即为人体实时运动速度；步骤二：采集监测环境中的静电信号，所述的静电信号是每个时刻探测系统获取的静电感应信号电势值；步骤三：将该采集到的静电感应信号电势值与预设判据对比，如果该静电感应信号与该预设判据相同，则认为检测到了人体手部运动的存在；步骤四：记录步骤二中检测到的人体手部运动在每个极板上所产生的静电感应信号的波峰值，读取每个极板上紧随波峰值的过零点时刻；定义中首先探测到静电感应信号的极板与其相对的极板组成极板对一，极板对一中首先探测到静电感应信号的极板为极板1，另一个极板为极板2；另一对极板为极板对二，极板对二中首先探测到静电感应信号的极板为极板4，另一个极板为极板3，步骤一中所述的第五个极板为极板5；分别读取多极板探测单元中极板1，极板2，极板3，极板4，极板5采集到的紧随波峰值的过零点时刻t1，t2，t3，t4，t5；人体手部在极板1，2，3，4构成的水平面上运动方向α和人体手部运动速度V满足公式(1)和(2)： α = arccos V ( t 1 - t 2 ) d - - - ( 1 ) α = arcsin V ( t 3 - t 4 ) d - - - ( 2 ) 步骤五：联立公式(1)和(2)即可获得人体手部在极板1，2，3，4构成的水平面上运动方向α为： α = arctg ( t 3 - t 4 t 1 - t 2 ) - - - ( 3 ) 人体手部在极板1，2，3，4构成的水平面上运动速度V为： V = d ( t 3 - t 1 ) 2 + ( t 4 - t 2 ) 2 - - - ( 4 ) 步骤六：人体手部在极板1，2，3，4构成的水平面垂直方向运动速度V′为： V ′ = d ( t 3 - t 1 ) 2 + ( t 4 - t 2 ) 2 2 - t 5 - - - ( 5 ) 步骤七：多极板探测单元的数量及布阵方式根据实际探测目标区域需要而定，多极板探测阵列中多组多极板探测单元能探测到不同位置处的人体手部的人体手部在极板1，2，3，4平面内的实时运动方向α和人体手部实时运动速度V，以及在垂直极板1，2，3，4平面上的速度V′，在得到人体手部实时运动方向α和人体手部实时运动速度V和V′后，即已经跟踪到人体手部实时运动轨迹，确定手部实时位置和运动状态。步骤八：根据手部实时位置和运动状态，把手部动作分为移动、单次敲击和连续敲击三种，移动定义为对应鼠标的拖动动作，单次敲击定义为鼠标的选中操作，连续敲击定义为鼠标的打开操作，按照上述定义对计算机鼠标操作进行匹配，从而根据手部静电探测信号完成选中、拖动和打开的人机交互功能。