【摘要】：隨著移動(dòng)終端設(shè)備的普及,移動(dòng)設(shè)備操作界面小,操作繁瑣等問(wèn)題亟待解決,如何高效地與移動(dòng)設(shè)備交互越來(lái)越重要。手勢(shì)作為一種人類(lèi)通用的交互方式,可以在日常生活中直接清晰地表達(dá)人們的意圖,已經(jīng)成為人機(jī)交互界的熱點(diǎn)。其中基于聲音側(cè)信道的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)由于其不需要額外設(shè)備和普適性等特點(diǎn)倍受關(guān)注�，F(xiàn)有的基于聲音側(cè)信道的手勢(shì)識(shí)別技術(shù),需要檢測(cè)多普勒頻移用以識(shí)別不同的手勢(shì),但對(duì)于手勢(shì)的幅度和速度均有一定要求。實(shí)際生活中,微手勢(shì)更加符合人類(lèi)使用習(xí)慣,但微手勢(shì)由于其幅度小、反射能量微弱等問(wèn)題,導(dǎo)致現(xiàn)有方法檢測(cè)不到多普勒頻移。因此,如何檢測(cè)出如此微弱的頻移以及在移動(dòng)設(shè)備上對(duì)手勢(shì)進(jìn)行追蹤與識(shí)別是極具挑戰(zhàn)的課題。本文提出新的方法用以解決微手勢(shì)能量微弱導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)頻移的問(wèn)題,并在移動(dòng)設(shè)備上構(gòu)建新的物理映射模型用以追蹤手勢(shì)軌跡,本文主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)包括。首先,提出一種無(wú)需額外設(shè)備的微手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng),可以準(zhǔn)確地跟蹤和識(shí)別手指運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),通過(guò)在內(nèi)置揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)之間建立聲音側(cè)信道鏈路,將智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)換為主動(dòng)式聲納系統(tǒng)。聲音側(cè)信道不會(huì)被人感知,對(duì)移動(dòng)終端正常功能不會(huì)產(chǎn)生干擾,并且由于其波長(zhǎng)短可以更顯著的放大頻移,所以本文采用聲音側(cè)信道用以感知手勢(shì)運(yùn)動(dòng)。其次,由于反射能量微弱和手指移動(dòng)速度慢,現(xiàn)有方法無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)多普勒頻移。為此,本文提出了一種微手勢(shì)多普勒頻移檢測(cè)方法,它由兩個(gè)步驟組成,第一步通過(guò)基于對(duì)稱(chēng)閾值方法檢測(cè)頻移事件,第二步通過(guò)基于傅里葉擬合方法檢測(cè)頻移數(shù)值。最后,在移動(dòng)設(shè)備上提出了物理映射模型用以追蹤手勢(shì)軌跡,并且對(duì)粒子濾波方法進(jìn)行簡(jiǎn)化,模擬手勢(shì)初始位置。獲得手勢(shì)軌跡之后,引入Canny算法和Hu-moment特征算法對(duì)手勢(shì)軌跡進(jìn)行特征提取,匹配最終手勢(shì)結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本文的微手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的高精度和魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN912.3
【圖文】：

側(cè)信道通信周知，人類(lèi)聲音的一般頻率帶寬為 50Hz~11kHz，人類(lèi)耳朵對(duì)于聲0Hz~20kHz[39]。為了支持各種基于音頻的應(yīng)用，例如語(yǔ)音交互，商蓋從 20Hz 到 20kHz 的整個(gè)頻率帶寬。因此，所有商業(yè)移動(dòng)設(shè)備均率低于 20 kHz 的聲波信號(hào)。實(shí)際上，大多數(shù)商業(yè)移動(dòng)設(shè)備使用低直接切斷超過(guò) 20kHz 的聲音信號(hào)。人類(lèi)年齡的增長(zhǎng)，對(duì)于聲波的分辨率也會(huì)降低，17KHz 以下的聲如圖 2-1 所示，聲音側(cè)信道的帶寬分布在 17KHz 至 20KHz，在這聲波只會(huì)被一部分的嬰兒和寵物所感知，對(duì)于成年人沒(méi)有任何影映出這個(gè)范圍之內(nèi)的信道幾乎不會(huì)被商業(yè)設(shè)備用到，因?yàn)槭褂谜呗曇�，并且現(xiàn)有的音樂(lè)所播放的頻率范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)聲音側(cè)

receiversource ，這個(gè)變化的值 f 就是物理現(xiàn)象所展示的多普source v是移動(dòng)源相對(duì)于觀察源的徑向速度變化，wavev 則是聲波即 340m/s。sourcef 則是揚(yáng)聲器發(fā)送聲音的頻率。，揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)均處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)。不斷移動(dòng)的是使用氣和手機(jī)機(jī)身傳播的大部分聲波信號(hào)不會(huì)受到手指動(dòng)作影響移動(dòng)導(dǎo)致的頻移信號(hào)會(huì)與未受影響的聲波信號(hào)混疊。這類(lèi)多2-11)計(jì)算。fvvvvsoundradsoundradsoundreceivedf1/1/ 示的是手部相對(duì)于麥克風(fēng)的徑向移動(dòng)速度，如圖 2-3 b)和 c)所移動(dòng)或者做不同的手勢(shì)會(huì)呈現(xiàn)不同的多普勒頻移，系統(tǒng)可以移用以計(jì)算手指所做動(dòng)作的軌跡。

第 2 章 聲音側(cè)信道及其信號(hào)處理2.4.2 頻域特征檢測(cè)現(xiàn)有的多普勒頻移檢測(cè)方法，首先對(duì)原始信號(hào)處理完之后，再進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換得到頻域上的信號(hào)頻譜特征。然后，通過(guò)檢測(cè)頻譜特征確定頻移事件的發(fā)生。假如揚(yáng)聲器同時(shí)只發(fā)送了一個(gè)周期性的信號(hào)，并沒(méi)有混雜其他頻率，或者同時(shí)發(fā)送的信號(hào)頻率間隔較大，如圖 2-4 藍(lán)色線所示。

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本文編號(hào)：2757208