基于多模传感的紧凑型手势交互构件研制
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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。
致谢 | 第4-5页 |
摘要 | 第5-6页 |
Abstract | 第6页 |
第1章 绪论 | 第10-16页 |
1.1 课题研究背景和意义 | 第10-11页 |
1.2 国内外研究现状 | 第11-14页 |
1.2.1 非接触式手势交互设备 | 第12-13页 |
1.2.2 接触式手势交互设备 | 第13-14页 |
1.3 论文研究内容及章节安排 | 第14-16页 |
第2章 多模信号获取方式及构件系统设计 | 第16-22页 |
2.1 人机交互设备关键技术和要素 | 第16页 |
2.2 多模信号获取方式设计 | 第16-18页 |
2.2.1 视觉系统的选择 | 第16-17页 |
2.2.2 运动信号的引入 | 第17-18页 |
2.3 构件系统设计 | 第18-22页 |
第3章 构件硬件电路设计 | 第22-38页 |
3.1 构件核心设计 | 第22-25页 |
3.2 光学模组设计 | 第25-31页 |
3.2.1 图像传感器模块 | 第26-27页 |
3.2.2 主动近红外照明系统 | 第27-29页 |
3.2.3 图像采集接口设计 | 第29-31页 |
3.3 运动传感单元设计 | 第31-32页 |
3.4 供电设计 | 第32-36页 |
3.5 构件核心高速PCB设计 | 第36-38页 |
第4章 多模信号的采集及通信机制 | 第38-57页 |
4.1 定制的Linux操作系统 | 第38-39页 |
4.2 多模数据采集软件设计 | 第39-45页 |
4.2.1 内核驱动开发 | 第39-43页 |
4.2.2 多模信号并行采集机制 | 第43-45页 |
4.3 多模数据预处理 | 第45-50页 |
4.3.1 陀螺仪数据预处理 | 第45-47页 |
4.3.2 近红外图检测手部 | 第47-50页 |
4.4 后端通信机制 | 第50-57页 |
4.4.1 低功耗蓝牙4.0 BLE协议 | 第50-52页 |
4.4.2 C/S通信机制 | 第52-57页 |
第5章 构件平台软件架构设计 | 第57-68页 |
5.1 高性能软件框架设计 | 第57-61页 |
5.1.1 系统任务 | 第57页 |
5.1.2 硬件条件 | 第57-58页 |
5.1.3 多线程设计 | 第58-59页 |
5.1.4 抢占式任务执行流程 | 第59-61页 |
5.2 数据耦合设计 | 第61-68页 |
5.2.1 多模数据包格式 | 第61-62页 |
5.2.2 采集任务与中间件之间的数据耦合 | 第62-65页 |
5.2.3 中间件与传输任务之间的数据耦合 | 第65-68页 |
第6章 功耗测试及构件集成 | 第68-78页 |
6.1 功耗模型及测试 | 第68-75页 |
6.1.1 低功耗技术的使用 | 第68-69页 |
6.1.2 低功耗策略 | 第69-72页 |
6.1.3 功耗优化 | 第72-73页 |
6.1.4 功耗测试 | 第73-75页 |
6.2 紧凑化集成 | 第75-78页 |
第7章 总结与展望 | 第78-80页 |
7.1 本文总结 | 第78-79页 |
7.2 研究展望 | 第79-80页 |
参考文献 | 第80-84页 |
攻读学位期间发表的学术情况及科研情况说明 | 第84-85页 |
附录 | 第85-87页 |
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ABS3107191,这篇论文共87页
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