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摘 要

手势是人类的一种重要的肢体语言，根据手势的动作变化我们可以表达一定的意思或词语，与其他人交流。因此，手势识别作为人机交互的一个新兴研究方向，引起了大家的广泛关注。国内外的人体运动识别小组对人体信息的选取，信号的采集处理以及方案的设计特征各异。结合手势丰富的表达方式，机器能够代替人完成许多相应的工作。因此本文采用基于加速度计的手势识别模式，建立了基于手势识别的人机交互平台，以达到利用简单手势控制小车运动的目的。

本文首先通过加速度计获取人运动时产生的加速度信号，然后对数据进行预处理、特征提取和选择，并通过无线传输技术将数据传送到上位机中，根据提取的特征对运动进行分类和识别，最后通过无线或有线的方式控制外围设备，达到人机交互的目的。

为了实现上述任务，本文设计了基于加速度计的手势识别系统，系统包括硬件和软件两个部分。

硬件部分主要包括加速度计的信号采集，微处理器和电源模块，上位机和下位机的信号传输。系统的软件设计部分，主要完成原始数据重构、数据预处理，特征矢量提取以及分类器算法。在线测试的结果表明，该系统能够有效地识别手势，并利用手势动作控制小车的运动。

关键词：手势识别；加速度计；特征提取；序列匹配

Abstract

Gesture is an important body language of human. According to the action of gestures, we can express certain meaning or words to communicate with others. Therefore, gesture recognition, as a new research direction of human computer interaction, has made wide attention of researchers. The human body movement recognition teams at home and abroad vary in the selection of human body information, the signal acquisition and processing and the design of the scheme. Combined with gesture rich expression, the machine can replace many of the corresponding work. In this paper, the gesture recognition based on the acceleration sensor is used to establish a human-computer interaction platform based on gesture recognition, in order to achieve the purpose of using the simple gesture to control the movement of the car.

First we collect human motion acceleration signal with acceleration sensor, and then we make the data preprocessing, feature extraction and selection. Next, data will be transmitted to the host computer via Bluetooth wireless transmission technology. Finally, According to the feature extraction of motion for classification and recognition, we achieve the purpose of human-computer interaction through wireless or wired control peripheral devices.

In order to achieve the above tasks, I design a gesture recognition system based on acceleration sensor, including two parts, hardware and software.

The hardware part mainly includes the signal sampling of the acceleration sensor, the microprocessor and power module, the signal transmission of the upper computer and the lower computer. The software design of the system mainly completes the original data reconstruction, data preprocessing, feature extraction and classifier algorithm. The results of the on-line test show that the system can recognize the gesture effectively and control the movement of the car with gesture motion.

Key words: Gesture recognition; Acceleration sensor; Feature extraction; Sequence matching

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 5

1.1 研究背景 5

1.2国内外研究现状 5

1.3课题研究内容及论文结构 6

第二章手势识别的模型理论 8

2.1 手势动作分析 8

2.2 加速度计确定性误差 11

2.3 加速度计随机误差 12

2.4 本章小结 13

第三章 手势识别系统硬件设计 13

3.1 识别与控制系统功能设计分析 13

3.2 ADXL345加速度计 14

3.3 控制器单元设计 17

3.4 无线通讯单元设计 17

3.5 电源模块设计 18

3.6 本章小结 19

第四章 手势识别系统软件设计 20

4.1软件系统设计 20

4.2 数据采集 20

4.3 数据预处理 21

4.4特征提取 23

4.5 识别算法 24

4.6 本章小结 24

第五章 实验验证与结果分析 25

5.1 实验平台 25

5.2实验验证过程 25

5.3结果分析 26

5.4本章小结与展望 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着电子技术的迅速发展，个人PC、移动智能设备已经成为每个人生活中不可或缺的一部分。人们通过这些移动设备与他人交流，从网络上获取最新的信息，它们使人们得生活更精彩，但鼠标、键盘等旧式的交互方式已经局限的大家的交流。所以，许多研究员迫切的寻找一种简洁、有效的人机交互方式。

经过调研得知，新式的人机交互主要有以下几种：基于视觉、基于语音、基于触觉和基于传感器等。但是，基于视觉的交互技术不仅需要外挂照相机来捕捉人的动作，而且这种交互技术要求照相机和要捕捉的人之间不能有障碍物阻挡；基于触觉的交互技术则需要外挂触摸屏，而且书写范围会受到触摸屏大小的限制；基于语音的交互方式会受周围环境中噪声的影响。而基于传感器的交互技术没有其他外挂设备，受到的外部环境影响也相对其他技术较小，因此越来越多的研究人员青睐于此，被称为“能理解人的交互技术”^[1]。

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