基于手势识别的无线智能裁判系统 技术领域：
本发明涉及一种基于手势识别的无线智能裁判系统。
背景技术：
裁判员在比赛场上的裁决决定着一场比赛的进展情况，裁判裁决实时、准确地传达和理解在一场比赛中有着极其重要的意义。在目前的赛场上，裁判做出裁决手势后，场边记录员观察到裁判手势，然后进行记录并执行其他相应的操作。从肉眼观察到裁判手势到执行相应操作，其间有不可忽略的时间间隔，而且对于记录员而言，工作量繁重，很容易出现误操作，一定程度上受主观因素的影响。此外，由于裁判员的动作是在一瞬间就完成的，这也在很大程度上影响着记录员对动作的识别。
发明内容：
本发明的目的是提供一种智能的手势识别系统，通过加速度传感器和地磁传感器来采集裁判员的手势动作，并能够把比赛场上裁判员的手势动作实时、准确的传回计算机系统，经计算机分析计算后，最终实现智能识别。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
基于手势识别的无线智能裁判系统，其组成包括：手套，所述的手套正面的手心部分具有导电橡胶片，所述的导电橡胶片与电阻串联之后接地或零电势，所述的手套五指的指尖部分各具有导电橡胶，并接到手套背面的电源，无名指和中指的第二关节处各有导电橡胶，与电阻串联之后接地或零电势，所述的手套背面装有一组加速度传感器和一组地磁传感器。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器，所述的地磁传感器为两轴地磁传感器，其中一块地磁传感器与加速度传感器放置在同一平面上，另外一块地磁传感器放置在与加速度传感器垂直的面上，把手臂的动作和手指的动作采集信号送给接收芯片，由接收芯片发射给远端的射频接收端，所述的射频接收端由接收芯片nRF24E1和USB接口构成，在接收端把接收到数据进行解调、解码，然后通过USB口传送到计算机内。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，使用地磁传感器与加速度传感器识别携带者的手指及手臂动作，使用导电橡胶识别携带者手指的屈伸状态，由发射芯片将信息传至远端的计算机进行处理并还原携带者的手臂与手指的运动轨迹，从而进行手势识别。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，利用Gesture Recognition，VC++开发的Windows桌面程序，能够对经USB口传入的信息进行分析计算，并重新描绘处裁判员的手势轨迹，最终达到手势识别的目的。
这个技术方案有以下有益效果：
1.智能化的识别和记录，省去了大量场下记录员的工作
为了能够准确和实时地记录场上裁判员的裁判，场下记录员必须时刻注意着裁判员举动，这对于场下记录员是一件非常繁重的工作。实际上，为了保证记录员能够把裁判员的每个裁判动作都记录下来，每个赛场都安排了至少一个记录员。但是如果采用了本系统，将会为俱乐部省去部分雇佣记录员的费用，更重要的是，本系统的智能化动作识别和记录，省去了大量场下记录员地工作，使得记录员只需要打开电脑，动动鼠标，摁摁按钮，就可以完成记录工作，甚至无人记录。
2.实时性强，让每个球迷都能及时地了解场上比赛的进展情况
在一些大型比赛中，都会安排解说员，从记录员看到裁判动作，到作出记录再传给解说员，这之间有较长的时间延迟。通过本系统附带的LED显示，可以文字形式向球迷提供裁判的裁决，再与场下解说员的解说配合，效果会更好。
误识别的几率小。
3.本发明采用积分路径并与标准数据库的姿势比对来识别手势，相对于记录员肉眼观察，误判出现的几率更小，此外采用本发明记录，也免去记录员在记录时出现的笔误，同时也避免了记录员主观因素对识别结果的影响。
丰富的接口，可以方便地对数据做进一步的处理
4.本发明数据处理主要在计算机中进行，计算机拥有USB，串行口，并行口，RJ45等接口，因此可以根据不同的需要把数据传送出去，做进一步的处理。
5.可扩展性良好
由于本发明接口丰富，可以连接不同的外设或主机，拥有比较好的扩展性，此外，本发明也完全适用于其他的包含手势识别的情况，比如可以应用在哑语识别，交警手势识别，手机的紧急拨号等的情况，只需要更改一下识别软件的数据库即可。
附图说明：
附图1是基于手势识别的无线智能裁判系统结构框图；
附图2是手套正面示意图；
附图3是手套背面的示意图；
附图4是导电橡胶结构图；
附图5是得2分手势图；
附图6是手套背面传感器放置图；
附图7是加速度传感器放置面与水平面的关系图。
本发明的具体实施方式：
实施例1：
基于手势识别的无线智能裁判系统，其组成包括：手套1，所述的手套正面的手心部分具有导电橡胶片2，所述的导电橡胶片与电阻串联之后接地或零电势，所述的手套五指的指尖部分各具有导电橡胶3，并接到手套背面的电源，无名指和中指的第二关节处各有导电橡胶，与电阻串联之后接地或零电势，所述的手套背面装有一组加速度传感器4和一组地磁传感器5。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器，所述的地磁传感器为两轴地磁传感器，其中一块地磁传感器与加速度传感器放置在同一平面上，另外一块地磁传感器放置在与加速度传感器垂直的面上，把手臂的动作和手指的动作采集信号送给接收芯片，由接收芯片发射给远端的射频接收端，所述的射频接收端由接收芯片nRF24E1和USB接口构成，在接收端把接收到数据进行解调、解码，然后通过USB口传送到计算机内。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，使用地磁传感器与加速度传感器识别携带者的手指及手臂动作，使用导电橡胶识别携带者手指的屈伸状态，由发射芯片将信息传至远端的计算机进行处理并还原携带者的手臂与手指的运动轨迹，从而进行手势识别。
所述的基于手势识别的无线智能裁判系统，利用Gesture Recognition，VC++开发的Windows桌面程序，能够对经USB口传入的信息进行分析计算，并重新描绘处裁判员的手势轨迹，最终达到手势识别的目的。
实施例2：
按照实现的功能将手套分为手指动作采集和手臂动作采集两部分。总结构图如附图1所示。
手指动作采集部分(如附图2和附图3)：
手套正面的手心部分具有一大块导电橡胶片，与5K电阻串联之后接地或零电势，五指的指尖部分各有一小块导电橡胶，接到手套背面的+5V电源，无名指和中指的第二关节处有一小块导电橡胶如附图2，5K电阻串联之后接地或零电势，如附图4所示。
以裁判手势的得2分为例说明，裁判员做该手势时，无名指和小指弯曲接触到手心的导电橡胶，同时拇指弯曲接触到无名指第二关节处的导电橡胶如附图5，电路导通，则接受芯片的引脚接收到高电平，这样便可以采集到手指的动作。其他动作状态采集跟上述类似。
手臂动作采集部分：
手臂动作的采集主要是依靠手套背面的加速度传感器和地磁传感器。结构如附图6所示，加速度传感器为MEMSIC公司生产的三轴加速度传感器MXR9500G，它可以测量以其摆放平面底面的三维加速度。
地磁传感器为MEMSIC公司生产的两轴地磁传感器MMC2021M，两个地磁传感器放置的位置如结构图所示。把手臂的动作和手指的动作通过如图的电路送给接受芯片nRF24E1，发射给远端的射频接收端。
射频接收端：
射频接收端由接收芯片nRF24E1和USB接口构成，在接收端nRF24E1把接收到数据进行解调、解码，然后把信号送给USB接口，由USB接口传送给计算机。
计算机：
在计算机内，本发明利用VC++发出了一个可视化程序，对USB口传来的数据进行处理，处理过程如下，先对加速度传感器的数据进行转换，然后对得到的加速度进行对时间的两次积分，便可得到手臂的运动轨迹，再把得到的动作轨迹和标准动作轨迹进行比对，进行识别。
传感器在手背的放置方式如图6所示。由于加速度传感器只能测量其放置平面及其垂直面的加速度，即图7中的沿x’，y’，z’的加速度，为了便于计算机的数据处理，要对采集到的数据进行一次变换。
裁判动作的加速度传感器位于手套的手背面，它所采集到的加速度数据满足函数，那么函数一定是关于四个变量的，即
a→=a(x→,y→,z→,t)]]>
其中是指确定三维立体空间的三个矢量，平面为水平面，为与水平面垂直的向量，为时间变量。
加速度传感器在某一时刻所处的平面不可能总是水平的，如图7，这也就意味着使用三轴加速度传感器输出的原始数据并不是关于的，而与传感器在该时刻所处的位置有关，即与直接相关的，如何把变成由附图6可知，只要知道了α，β两角的值，便可以很容易得到：
x→=(x′→cosα-y′→sinα)cosβ-z′→sinβ]]>
y→=y′→cosα+x′→sinα]]>
z→=(x′→cosα-y′→sinα)sinβ+z′→cosβ]]>
那么如何求α，β的值呢？这就是地磁传感器所要做的事情了。在本发明中我们采用两个两轴的MMC202XM来实现对传感器所处平面的定位，即求出α，β两角的值。
在x′oy′平面上放置一个MMC202XM则可测出α的值，在x′oz′平面上放置一个MMC202XM则可测出β值。
我们通过加速度传感器可以得出方向上瞬时加速度的值，通过两个地磁传感器可以求出加速度传感器与水平面和所处平面的夹角α，β的值，我们把这些数据用射频技术送回到计算机中，那么计算机就可以根据接收到的数据，结合上面的推导所得的公式，就可以确定出任意时刻手臂的加速度。
假定手臂初速度为0，知道了手臂在任意时刻的加速度，那么对得到的加速度函数对时间积一次分，便可以得到速度函数，对速度函数再积一次分，便可以得到手臂的路径函数，这样的话，便可以与事先输入在计算机内的标准函数进行对比识别，可以通过最小二乘法等数学方法对得到的路径函数进行判别。