CN211698883U - 一种基于fpga的手势识别控制开关装置 - Google Patents

Abstract

一种基于FPGA的手势识别控制开关装置，该装置包括FPGA主控芯片、用于手势信息采集的摄像头、用于驱动外设开关动作的驱动芯片和便于FPGA主控芯片安装的控制盒，FPGA主控芯片和驱动芯片均安装在控制盒内，控制盒上安装有便于与外设连接的连接插头，连接插头与驱动芯片的输出端连接，摄像头与FPGA的输入端连接，驱动芯片与FPGA的输出端连接。该装置采用FPGA作为主控芯片，能够有效的反映操作者的真实意图，帮助操作者更好地控制外设，保证控制的准确性和优越性。

Description

一种基于FPGA的手势识别控制开关装置

技术领域

本实用新型涉及手势识别技术领域，特别涉及一种基于FPGA的手势识别控制开关装置。

背景技术

在计算机科学中，手势识别是通过数学算法来识别人类手势的一个议题，手势识别可以来自人的身体各部位的运动，但一般是指脸部和手的运动，用户可以使用简单的手势来控制或与设备交互，让计算机理解人类的行为，其核心技术为手势分割、手势分析以及手势识别。

随着硬件的技术的发展和生活的需要，智能化设备的需求越来越大，进行手势识别的操作虽然越来越精确、快速，但是价格也十分昂贵，现有技术中缺少结构简单，成本不高，并且能够在不同位置识别不同手势，做出不同响应，做到真正释放操作者双手和随意调节的目的的手势识别开关。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种设计合理、简单实用、能够远距离动态识别手部动作，并且能够根据手部不同的开合角度来控制外设开关动作的基于FPGA的手势识别控制开关装置。

本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种基于FPGA的手势识别控制开关装置，该装置包括FPGA主控芯片、用于手势信息采集的摄像头、用于驱动外设开关动作的驱动芯片和便于FPGA主控芯片安装的控制盒，FPGA主控芯片和驱动芯片均安装在控制盒内，控制盒上安装有便于与外设连接的连接插头，连接插头与驱动芯片的输出端连接，摄像头与FPGA的输入端连接，驱动芯片与FPGA的输出端连接。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现的，以上所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，所述摄像头为OV5640摄像头。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现的，以上所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，所述摄像头安装在控制盒的顶部或侧部。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现的，以上所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，所述驱动芯片为LED驱动芯片或电机驱动芯片。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现的，以上所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，所述控制盒内还安装有用于提供电源的电源模块。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现的，以上所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，所述控制盒为长方体状的塑料盒。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种能够远距离动态识别手部动作，并根据手部不同的开合角度来控制外设的装置，该装置采用FPGA作为控制芯片，通过OV5640摄像头进行图像采集，当人的手势被摄像头捕捉后，FPGA主控芯片对采集到的图像首先进行滤波，再通过算法识别手部区域，根据手部区域内的像素点变化的比例来控制输出端口发出不同占空比的PWM调制波，PWM调制波通过驱动芯片的放大后控制外设的开关动作，这样就可以真正解放操作者的双手。该装置采用FPGA作为主控芯片，能够有效的反映操作者的真实意图，帮助操作者更好地控制外设，保证控制的准确性和优越性。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为本实用新型的外设为LED的效果图；

图3为本实用新型的手部识别控制的流程图；

图4为本实用新型的主要原理图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

参照图1-4，一种基于FPGA的手势识别控制开关装置，该装置包括FPGA主控芯片2、用于手势信息采集的摄像头1、用于驱动外设开关动作的驱动芯片3和便于FPGA主控芯片2安装的控制盒4，FPGA主控芯片2和驱动芯片3均安装在控制盒4内，控制盒4上安装有便于与外设连接的连接插头5，连接插头5与驱动芯片3的输出端连接，摄像头1与FPGA的输入端连接，驱动芯片3与FPGA的输出端连接。FPGA主控芯片2是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，能够对采集的图像信息进行处理，判断图像中的手势，并且通过对手部区域的变化做相应的检测控制输出不同的PWM脉冲；摄像头1用于抓拍手部动作，并将图像传输给FPGA主控芯片2；驱动芯片3用于接收并放大FPGA主控芯片2的PWM脉冲，对外设的开关动作进行驱动控制；驱动芯片3采用现有技术中的驱动芯片3，一般起驱动作用，就是把输入的弱电信号放大成足够强，适合于外部设备的强电信号，实际中根据具体用途选择具体的芯片；连接插头5固定安装在控制盒4上，便于与外设连接。

该装置的工作过程为：在摄像头1采集手部动作图像，并将图像传输给FPGA主控芯片2，FPGA主控芯片2首先实现图像格式的转换，从Rgb565转变为YCbCr，再通过阈值分割算法，找出大致的手部区域，接着通过中值滤波和SOBEL边缘处理识别到手部区域，然后对手部动作进行重心检测、简易手指判断、指尖模板对比和连通域的判断，最后通过对手部区域的变化做相应的检测控制输出不同的PWM脉冲给驱动芯片3，驱动芯片3将PWM脉冲放大后驱动外设进行开关动作；如事先设定拳头代表灯灭，手张开代表灯亮，若在FPGA主控芯片2从图像中检测到手部动作为拳头时，则发出灯灭的PWM脉冲给驱动芯片3，控制灯关闭；若在FPGA主控芯片2从图像中检测到手部动作为张开时，则发出灯亮的PWM脉冲给驱动芯片3，控制灯点亮。

本申请在于提高基于FPGA的手势识别控制开关装置的硬件结构和连接关系，并给出个整个装置的实现原理和实现方法，实现过程使用的程序、算法均可由本领域技术人员结合本申请，采用现有技术的程序来实现。

所述摄像头1为OV5640摄像头1。该摄像头1主要由镜头、图像传感器、板载电路及下方的信号引脚组成，镜头部件包含一个镜头座和一个可旋转调节距离的凸透镜，通过旋转可以调节焦距，正常使用时，镜头座覆盖在电路板上遮光，光线只能经过镜头传输到正中央的图像传感器，它采集光线信号，然后把采集得的数据通过下方的信号引脚输出数据到外部器件；图像传感器是一款型号为OV5640的CMOS类型数字图像传感器，该传感器支持输出最大为500万像素的图像 (2592x1944分辨率)，支持使用VGA时序输出图像数据，输出图像的数据格式支持YUV(422/420)、YCbCr422、RGB565以及JPEG格式，若直接输出JPEG格式的图像时可大大减少数据量，方便网络传输；它还可以对采集得的图像进行补偿，支持伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等基础处理；根据不同的分辨率配置，传感器输出图像数据的帧率从15-60帧可调，工作时功率在150mW-200mW之间，能够进行远距离、清晰、动态采集手部动作图像，并将图像传输给FPGA主控芯片2，进行手势识别。

所述摄像头1安装在控制盒4的顶部或侧部，保证控制盒4不会对摄像头1进行遮挡，便于更好地进行手势图像的采集。

所述驱动芯片3为LED驱动芯片3或电机驱动芯片3。LED驱动芯片3用于驱动LED动作，可分为通用芯片和专用芯片，在饱和导通的前提下，能够控制LED的亮度随着电流大小的变化而变化；电机驱动芯片3用于驱动电机动作，是集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件的芯片，可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。

所述控制盒4内还安装有用于提供电源的电源模块。电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电，保证整个装置的正常、稳定运行。

所述控制盒4为长方体状的塑料盒，成本低，方便制作，同时又便于FPGA主控芯片2和驱动芯片3的安装，并且也便于平稳的放置到需要放置的地方，进行摄像头1位置的设置。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：该装置包括FPGA主控芯片、用于手势信息采集的摄像头、用于驱动外设开关动作的驱动芯片和便于FPGA主控芯片安装的控制盒，FPGA主控芯片和驱动芯片均安装在控制盒内，控制盒上安装有便于与外设连接的连接插头，连接插头与驱动芯片的输出端连接，摄像头与FPGA的输入端连接，驱动芯片与FPGA的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：所述摄像头为OV5640摄像头。

3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：所述摄像头安装在控制盒的顶部或侧部。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：所述驱动芯片为LED驱动芯片或电机驱动芯片。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：所述控制盒内还安装有用于提供电源的电源模块。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的手势识别控制开关装置，其特征在于：所述控制盒为长方体状的塑料盒。

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