基于多模传感的紧凑型手势交互构件研制

作     者：吴贤为 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金文光

授予年度：2017年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 071102[理学-系统分析与集成] 081103[工学-系统工程] 

主      题：人机交互 多模传感 手势交互装置 数据采集与传输 紧凑型设备 

摘      要：手势交互是体感交互所聚焦的主要研究对象,单一模式交互具有其天生的局限性,融合视觉与运动两种模式在一定程度上可以互补,研制基于视觉、运动多模式传感的新型体感设备应用于手势交互,可为以后多模式融合交互应用打下基础。本文介绍和分析了国内外新型手势体感交互设备及手势应用场景,提出了一种以近红外(Near Infrared,NIR)视觉信号为主、辅以惯性运动信号的多模传感获取方式,研制了一款集成NIR光学模组、运动传感单元、高性能计算单元及低功耗控制电路一体化封装的新型多模紧凑型手势交互构件。本文在ARM Cortex-A5硬件平台上搭建了基于嵌入式Linux的软件平台,软件前端通过硬件触发、软件配合并行采集多模数据,同时于后端设计了 一个基于低功耗蓝牙(BLE,Bluetooth Low Energy)4.0的通信机制。为了使手势识别中间件可以平滑地嵌入到软件系统里并高效运行,设计了一个基于多任务并行、模块化分层、优先级抢占的高性能软件框架,任务间通过缓冲池技术、零拷贝技术、双缓存切换技术进行高效、隔离度高的数据耦合。本构件从器件选择、控制电路、工作模式多个层面考虑低功耗设计,经测试构件最高功耗为0.757W。通过十层叠层高速PCB设计和立体层次结构设计完成构件的紧凑集成,最终完成一套长52mm、宽32mm、高18mm的小型样机。