用于远距离识别的体感外部设备与人体高度识别方法

摘要

用于远距离识别的体感外部设备与人体高度识别方法属于体感设备的扩展设备与扩展识别方法，尤其涉及一种可以扩大体感识别距离的体感设备的扩展设备与扩展识别方法；该外部设备通过在体感设备前端放置变焦望远镜，通过增大视角，实现对3m以外目标人体的动作识别；在上述体感外部设备上实现的人体高度识别方法，结合望远镜焦距和角放大率，实现对目标人体高度判断；本发明突破体感设备识别距离的限制，扩大体感设备的应用范围，使体感设备的应用从游戏、娱乐扩展到安防、军事、医疗、教育、工程和银行等领域。

说明书

技术领域

用于远距离识别的体感外部设备与人体高度识别方法属于体感设备的扩展设备与扩展识别方法，尤其涉及一种可以扩大体感识别距离的体感设备的扩展设备与扩展识别方法。

背景技术

早期的体感设备是连接到游戏主机上的外部设备，它通过感应器接收玩家的动作或/和语音信息，实现对游戏的控制。体感设备突破了传统游戏控制模式，无需玩家操作手中的游戏手柄，即可进行游戏。这种全新的利用肢体语言和声音控制游戏的方式，不仅给玩家带来全新的游戏体验和更丰富的操作空间，而且对减轻游戏疲劳和锻炼身体起到积极作用。

目前主流的体感设备包括任天堂Wii游戏机、索尼PS3的PlayStation Move体感设备、Leap Motion手势运动识别设备、微软公司的Kinect体感设备以及华硕公司Xtion PRO。

无论任天堂的Wii游戏机还是PlayStation Move体感设备，均需要手持与主机相连接或匹配的特殊设备才能使用，这种被动式感应方式，限制了它们在其它领域中的应用。

Leap Motion是手势运动设备，无需手持特殊设备，即可通过手指直接控制电脑，可以完成图片缩放、移动、旋转、指令操作、精准控制、隔空书写等工作，而且系统的感应区间能够精确到百分之一毫米。这种主动式体感识别方式及高精度感应区间，可能会对某些传统行业带来深刻影响，比如说雕塑家、建筑师可以利用该技术完成一份虚拟的作品，然后再通过3D打印技术把模型或实物打印出来；医生可利用该技术做实验或者模拟手术等等。但是，由于Leap Motion只能完成手部动作的识别，因此手部在前、并且近识别距离的适用条件，也使其应用领用受到限制。

而微软公司的Kinect体感设备和华硕公司Xtion PRO是人体交互领域的第三代革命性产品，并将成为未来体感技术的丰碑。它采用主动式识别方式，无需被识别对象手持任何控制器，仅需要一个外部体感设备既可以同时进行语音和动作的识别，而且在30Hz的条件下可以同时捕捉多个人的48个骨骼动作，另外其成像的光谱范围更宽，可在可见光波段和红外波段分别成RGB图像和红外深度图像。Kinect体感设备和华硕公司Xtion PRO识别语音和骨骼动作、以及宽波段的特殊性能，使其具有可以应用到社会生活中更多领域的潜质。

遗憾的是，Kinect设备为游戏而开发，使其识别距离仅局限于1.5m到4m范围内。不能在其它距离范围内进行识别的技术瓶颈在于，当识别距离小于1.5m时，Kinect设备的视场只能覆盖人体的一部分造成某些部位无法成像；而当识别距离大于4m时，人体在Kinect设备视场中目标太小而无法识别。为了使小居室环境下的玩家可以使用Kinect设备，普遍采用的方式是在Kinect设备前方配置“猫眼”的外部设置，增大视场角，可以使识别距离拉近到0.5m。然而这项技术仍然不能满足4m之外识别距离的要求，这个劣势限制了体感设备在远距离动作识别场所的应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可以使体感设备识别4m以外目标人体动作的外部设备，并进行人体高度识别。为了解决上述问题，本发明设计了一种体感外部设备与人体高度识别方法，该外部设备可以使体感设备在4m外进行目标人体的动作识别，同时该人体高度识别方法可以判断目标人体的身高。

本发明的目的是这样实现的：

用于远距离识别的体感外部设备，包括水平排列的第一变焦望远镜、第二变焦望远镜和第三变焦望远镜；第一变焦望远镜和第三变焦望远镜为红外波段且规格相同，第二变焦望远镜为可见光波段；第一变焦望远镜与第二变焦望远镜光轴之间的距离等于体感设备红外发射端与可见光接收端之间的距离，第二变焦望远镜与第三变焦望远镜光轴之间的距离等于体感设备可见光接收端与红外接收端之间的距离；第一变焦望远镜中的第一活动镜片由第一宏动台和第一微动台承载，沿光轴方向移动，第二变焦望远镜中的第二活动镜片由第二宏动台和第二微动台承载，沿光轴方向移动，第三变焦望远镜中的第三活动镜片由第三宏动台和第三微动台承载，沿光轴方向移动；第一微动台在第一宏动台上沿光轴方向运动，第二微动台在第二宏动台上沿光轴方向运动，第三微动台在第三宏动台上沿光轴方向运动。

上述用于远距离识别的体感外部设备，所述的第一宏动台和第三宏动台做相同调整；第一微动台和第三微动台做相同调整。

上述用于远距离识别的体感外部设备，所述的第一变焦望远镜配置在沿光轴方向运动的第一总动台上；第二变焦望远镜配置在沿光轴方向运动的第二总动台上；第三变焦望远镜配置在沿光轴方向运动的第三总动台上。

所述的第一总动台、第二总动台与第三总动台安装在机械固定架上。

利用上述用于远距离识别的体感外部设备实现的人体高度识别方法，包括以下步骤：

步骤S1：调整第二宏动台；

步骤S2：根据第二变焦望远镜的角放大率，调整第一宏动台和第三宏动台；

步骤S3：判断体感设备能否识别目标人体动作，如果能识别，执行步骤S4，如果不能识别，执行步骤S1；

步骤S4：调整第二微动台；

步骤S5：计算第二变焦望远镜的角放大率；

步骤S6：根据第二变焦望远镜的角放大率，调整第一微动台和第三微动台；

步骤S7：根据第一变焦望远镜或第二变焦望远镜或第三变焦望远镜的焦距和角放大率，计算目标人体的高度。

上述人体高度识别方法，在步骤S6和步骤S7之间，还包括调整第一总动台，使第一变焦望远镜的出瞳与体感设备红外发射端入瞳位于同一竖直平面内；调整第二总动台，使第二变焦望远镜的出瞳与体感设备可见光接收端入瞳位于同一竖直平面内；调整第三总动台，使第三变焦望远镜的出瞳与体感设备红外接收端入瞳位于同一竖直平面内。

由于本发明用于远距离识别的体感外部设备通过在体感设备前端放置变焦望远镜，通过增大视角，实现对4m以外目标人体的动作识别；在上述体感外部设备上实现的人体高度识别方法，结合望远镜焦距和角放大率，实现对目标人体高度判断；本发明突破体感设备识别距离的限制，扩大体感设备的应用范围，使体感设备的应用从游戏、娱乐扩展到安防、军事、医疗、教育、工程和银行等领域。

附图说明

图1是本发明用于远距离识别的体感外部设备结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是在本发明体感外部设备实现的人体高度识别方法。

图中：1第一变焦望远镜、11第一活动镜片、12第一宏动台、13第一微动台、14第一总动台、2第二变焦望远镜、21第二活动镜片、22第二宏动台、23第二微动台、24第二总动台、3第三变焦望远镜、31第三活动镜片、32第三宏动台、33第三微动台、34第三总动台、4机械固定架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例中的体感设备为Kinect体感设备，用于远距离识别的体感外部设备结构示意图如图1所示，图2是图1的俯视图，图2中虚线的圆角矩形贯穿三个镜片，表示望远镜，但本发明不局限于图2所示的镜片数量和镜头结构。该体感外部设备包括水平排列的第一变焦望远镜1、第二变焦望远镜2和第三变焦望远镜3；第一变焦望远镜1和第三变焦望远镜3为红外波段且规格相同，第二变焦望远镜2为可见光波段；第一变焦望远镜1与第二变焦望远镜2光轴之间的距离等于体感设备红外发射端与可见光接收端之间的距离，第二变焦望远镜2与第三变焦望远镜3光轴之间的距离等于体感设备可见光接收端与红外接收端之间的距离；第一变焦望远镜1中的第一活动镜片11由第一宏动台12和第一微动台13承载，沿光轴方向移动，第二变焦望远镜2中的第二活动镜片21由第二宏动台22和第二微动台23承载，沿光轴方向移动，第三变焦望远镜3中的第三活动镜片31由第三宏动台32和第三微动台33承载，沿光轴方向移动；第一微动台13在第一宏动台12上沿光轴方向运动，第二微动台23在第二宏动台22上沿光轴方向运动，第三微动台33在第三宏动台32上沿光轴方向运动。

其中：第一宏动台12和第三宏动台32做相同调整；第一微动台13和第三微动台33做相同调整；所述的第一变焦望远镜1配置在沿光轴方向运动的第一总动台14上；第二变焦望远镜2配置在沿光轴方向运动的第二总动台24上；第三变焦望远镜3配置在沿光轴方向运动的第三总动台34上；所述的第一总动台14、第二总动台24与第三总动台34安装在机械固定架4上。

利用上述用于远距离识别的体感外部设备实现的人体高度识别方法，流程图如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：调整第二宏动台22；

步骤S2：根据第二变焦望远镜2的角放大率，调整第一宏动台12和第三宏动台32；

步骤S3：判断体感设备能否识别目标人体动作，如果能识别，执行步骤S4，如果不能识别，执行步骤S1；

步骤S4：调整第二微动台23；

步骤S5：计算第二变焦望远镜2的角放大率；

步骤S6：根据第二变焦望远镜2的角放大率，调整第一微动台13和第三微动台33；

步骤S7：根据第一变焦望远镜1或第二变焦望远镜2或第三变焦望远镜3的焦距和角放大率，计算目标人体的高度。

本实施例的人体高度识别方法，还可以选择在步骤S6和步骤S7之间，还包括调整第一总动台14，使第一变焦望远镜1的出瞳与体感设备红外发射端入瞳位于同一竖直平面内；调整第二总动台24，使第二变焦望远镜2的出瞳与体感设备可见光接收端入瞳位于同一竖直平面内；调整第三总动台34，使第三变焦望远镜3的出瞳与体感设备红外接收端入瞳位于同一竖直平面内。