基于MEMS手势识别的视力检验系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及视力检测技术领域，具体涉及一种基于MEMS手势识别的视力检验系统、方法及装置。

背景技术

在中国新医改的大背景下，智能电子医疗检测仪器正在走进寻常百姓的生活，例如血压血糖检测仪、心率测量仪等，给人们带来很大的便利。然而，视力检测这一基本的体检项目却仍旧沿用老旧的人工检测方法，每位测量者都需要在医生的配合下完成测量，检测效率低，且消耗大量人力资源，极不方便。

目前，市面上也逐渐出现电子视力检测仪，主要由电脑、显示屏(显示视力表)、电源适配器、遥控器等组成，其具有操作不便、外部设备繁多、连接线杂乱、体积庞大等缺点，导致其普及程度不高。为了进一步提高电子视力检测仪的适用性，降低视力测试者的操作难度，有研究者提出基于手势识别的自助视力检测系统。该类系统是利用摄像头获取视力测试者的指示方向，然后再判断视力值，代替传统的按键或者遥控，实现了更为简单智能的人机交流方式。

但是，基于成像识别手势的视力检测方法存在以下缺点：

1、方向识别的正确率容易受到摄像头成像质量、测试环境的影响，有文献报道其正确率仅为80％左右；

2、图像处理需要用到算力较大的处理器，如电脑、树莓派等，成本较高。

发明内容

针对所述缺陷，本发明实施例公开了一种基于MEMS手势识别的视力检验系统，其检验效率高、准确率高、成本低。

本发明实施例第二方面公开了一种基于MEMS手势识别的视力检验系统，包括视力表单元、LED驱动电路、单片机、手势识别装置，所述视力表单元的第一表面上设有供检验者观察并进行相应手势运动的多个字符模块，视力表单元的第二表面上设有LED灯组，所述LED灯组包括若干个LED灯珠，且所述LED灯珠与字符模块分别一一对应，所述单片机用于发送亮灯指令以通过所述LED驱动电路驱动LED灯组中任意一个LED灯亮灯，所述手势识别装置安装在检验者的手部并用于采集检验者手势运动的空间姿态发送至单片机，以使单片机根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，并与亮灯的LED灯所对应的字符模块朝向比对。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述手势识别装置包括MPU6050陀螺仪传感芯片，所述单片机为STM32F1032ET6芯片，LED驱动电路包括MAX7219芯片，所述MPU6050陀螺仪传感芯片的SCL引脚连接STM32F1032ET6芯片的PB10引脚，所述MPU6050陀螺仪传感芯片的SDA引脚连接STM32F1032ET6芯片的PB1引脚，所述MAX7219芯片的LOAD引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG2引脚，所述MAX7219芯片的CLK引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG3引脚，所述MAX7219芯片的DIN引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG4引脚。

本发明实施例第二方面公开了一种基于MEMS手势识别的视力检验方法，包括：

从LED灯组中任意选取一排LED灯珠为初始检验行，并从所述初始检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；

采集检验者手势运动的空间姿态并记录从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；

根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，获取点亮的LED灯珠对应的字符模块的朝向，判断所述手势运动方向是否与字符模块的朝向一致；

当一致时，累计正确次数，且当正确次数超过第一阈值时，从LED灯组中选取另一排LED灯珠为检验行，从所述检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；

当不一致时，累计错误次数，当错误次数超过第二阈值时，结束测试，输出测试结果。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述第一阈值为3。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，还包括：

第二阈值根据从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长动态调节。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述第二阈值根据从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长动态调节，包括：

设置第二阈值的阈值范围，所述阈值范围包括最小阈值和最大阈值；

当检验者的手势运动方向与字符模块的朝向一致时，获取当前的从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；

基于所述时长进行加权计算获得阈值结果，其中当所述阈值结果小于最小阈值时，定义第二阈值等于最小阈值，当所述阈值结果大于最小阈值时，定义第二阈值等于最大阈值，当阈值结果在阈值范围内时，则第二阈值等于所述阈值结果。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述基于所述时长进行加权计算获得阈值结果，包括：

基于公式：4+(t-40)*0.025计算加权阈值，所述t为所述时长，4为最小阈值，且最大阈值为8；

对所述加权阈值进行四舍五入处理或者去除小数点处理得到阈值结果。

本发明实施例第三方面公开一种基于MEMS手势识别的视力检验装置，包括：

灯珠点亮模块：用于从LED灯组中任意选取一排LED灯珠为初始检验行，并从所述初始检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；

时长计算模块：用于采集检验者手势运动的空间姿态并记录从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；

朝向判断模块：用于根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，获取点亮的LED灯珠对应的字符模块的朝向，判断所述手势运动方向是否与字符模块的朝向一致；

正确累计模块：用于当朝向一致时，累计正确次数，且当正确次数超过第一阈值时，从LED灯组中选取另一排LED灯珠为检验行，从所述检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；

错误累计模块：用于当朝向不一致时，累计错误次数，当错误次数超过第二阈值时，结束测试，输出测试结果。

本发明实施例第四方面公开一种电子设备，包括：存储有可执行程序代码的存储器；与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行本发明实施例第二方面公开的基于MEMS手势识别的视力检验方法。

本发明实施例第四方面公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行本发明实施例第二方面公开的基于MEMS手势识别的视力检验方法。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中使用MEMS陀螺仪识别手势指向，对方向进行运算和判断，不受光照等环境的影响，识别正确率可高达95％以上，并且系统简单，通过单片机就可实现对手势的方向识别和判断，并且效率高，实施例的成本低，只需要在传统视力表的背面放置LED阵列，通过点亮LED灯就可以进行视力检验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种基于MEMS手势识别的视力检验系统的模块结构示意图；

图2是本发明实施例公开的手势识别装置的电路结构图；

图3是本发明实施例公开的单片机的电路结构图；

图4是本发明实施例公开的LED驱动电路的电路结构图；

图5是本发明实施例公开的一种基于MEMS手势识别的视力检验方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种基于MEMS手势识别的视力检验装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，示例性地，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了基于MEMS手势识别的视力检验系统、方法、装置、电子设备及存储介质，实施例使用MEMS陀螺仪识别手势指向，对方向进行运算和判断，不受光照等环境的影响，识别正确率可高达95％以上，并且系统简单，通过单片机就可实现对手势的方向识别和判断，并且效率高，实施例的成本低，只需要在传统视力表的背面放置LED阵列，通过点亮LED灯就可以进行视力检验。

实施例一

请参阅图1至图4，图1是本发明实施例公开的一种基于MEMS手势识别的视力检验系统的模块结构示意图，图2是本发明实施例公开的手势识别装置的电路结构图，图3是发明实施例公开的单片机的电路结构图，图4是本发明实施例公开的LED驱动电路的电路结构图。

如图1所示，该基于MEMS手势识别的视力检验系统包括视力表单元、LED驱动电路、单片机、手势识别装置，所述视力表单元的第一表面上设有供检验者观察并进行相应手势运动的多个字符模块，视力表单元的第二表面上设有LED灯组，所述LED灯组包括若干个LED灯珠，且所述LED灯珠与字符模块分别一一对应，所述单片机用于发送亮灯指令以通过所述LED驱动电路驱动LED灯组中任意一个LED灯亮灯，所述手势识别装置安装在检验者的手部并用于采集检验者手势运动的空间姿态发送至单片机，以使单片机根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，并与亮灯的LED灯所对应的字符模块朝向比对。

上述中，视力表单元可以是传统的纸质视力表，在纸质视力表的背面放置LED阵列，为检验者指示待测的视力指向图标，也即是字符模块。LED阵列作为指向图标背光源以达到标准测试亮度，可降低方案成本。

实施例的手势识别装置主要采用MEMS陀螺仪芯片对手势进行识别，(Micro-Electro-MechanicalSystems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS陀螺仪即硅微机电陀螺仪，绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力，将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号。其目前主要应用于数码相机、摄像机中实现防抖功能，也可用于手机定位和手机游戏操控。实施例利用MEMS识别视力测试者的手势指向方向，进而实现非接触式视力检测的方法。

LED灯组设置在视力表背面，LED灯珠与LED驱动电路项链，当LED灯珠点亮，相应的字符模块点亮显示，使其达到视力测试的标准亮度，提示视力测试者要识别的指示图标是哪个。此时，视力测试者手持手势识别装置，根据对点亮的指向图标的方向判断结果，做出相应的方向手势，例如向上、向下、向左或向右。手势识别装置中的电路与单片机电连，将测量到的姿态数据交由单片机系统进行处理，对测试者的方向手势进行判断，识别出相应的指示方向(向上、向下、向左或向右)，并将该结果与预设的正确方向值进行比对，判断测试者对指向图标的方向识别是否正确，由此实现非接触式自主视力检测。

具体的，结合图2至图4，手势识别装置包括MPU6050陀螺仪传感芯片，所述单片机为STM32F1032ET6芯片，LED驱动电路包括MAX7219芯片，所述MPU6050陀螺仪传感芯片的SCL引脚连接STM32F1032ET6芯片的PB10引脚，所述MPU6050陀螺仪传感芯片的SDA引脚连接STM32F1032ET6芯片的PB1引脚，所述MAX7219芯片的LOAD引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG2引脚，所述MAX7219芯片的CLK引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG3引脚，所述MAX7219芯片的DIN引脚连接STM32F1032ET6芯片的PG4引脚。

实施例的视力表单元以标准对数视力表(GB11533-2011)为基础模板进行LED灯组的设计排布，MAX7219芯片与LED灯组连接，STM32F1032ET6芯片控制指令发送给MAX7219驱动芯片，从而控制相应位置LED的点亮和熄灭。

实施例二

请参阅图5，图5是本发明实施例公开的基于MEMS手势识别的视力检验方法的流程示意图。其中，本发明实施例所描述的方法的执行主体为由软件或/和硬件组成的执行主体，该执行主体可以通过有线或/和无线方式接收相关信息，并可以发送一定的指令。当然，其还可以具有一定的处理功能和存储功能。该执行主体可以控制多个设备，例如远程的物理服务器或云服务器以及相关软件，也可以是对某处安置的设备进行相关操作的本地主机或服务器以及相关软件等。在一些场景中，还可以控制多个存储设备，存储设备可以与设备放置于同一地方或不同地方。如图5所示，该基于MEMS手势识别的视力检验方法包括以下步骤：

501、从LED灯组中任意选取一排LED灯珠为初始检验行，并从所述初始检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮。

实施例的LED灯组为LED阵列，成行列排布，也即是LED灯组具备多行，每一行至少有一颗LED灯珠，而LED灯珠与视力表单元上的字符模块一一对应。单片机控制任意一行LED灯珠作为起始检验行，从这一行的任意一个LED灯珠开始进行检验。程序在开始时，初始化第一阈值、第二阈值以及其他变量。用开机时间或者时间戳生成一个伪随机数映射到行技术变量对应的上一课LED灯珠位置，随机点亮LED灯珠，LED灯珠点亮开始进行计时。

502、采集检验者手势运动的空间姿态并记录从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长。

503、根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，获取点亮的LED灯珠对应的字符模块的朝向，判断所述手势运动方向是否与字符模块的朝向一致。

当接收到MEMS方向数据时，进行方向判断，正确则进行正确计数，错误则进行错误基数。设定计时的时基例如为50ms，如果2s对应正确阈值为4,10s对应正确阈值为8，正确阈值区间在4-8之间。

504、当一致时，累计正确次数，且当正确次数超过第一阈值时，从LED灯组中选取另一排LED灯珠为检验行，从所述检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮。具体的，第一阈值设置为3。

505、当不一致时，累计错误次数，当错误次数超过第二阈值时，结束测试，输出测试结果。

第二阈值根据从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长动态调节。具体的，设置第二阈值的阈值范围，所述阈值范围包括最小阈值和最大阈值；当检验者的手势运动方向与字符模块的朝向一致时，获取当前的从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；基于所述时长进行加权计算获得阈值结果，其中当所述阈值结果小于最小阈值时，定义第二阈值等于最小阈值，当所述阈值结果大于最小阈值时，定义第二阈值等于最大阈值，当阈值结果在阈值范围内时，则第二阈值等于所述阈值结果。

上述于所述时长进行加权计算获得阈值结果，包括：基于公式：4+(t-40)*0.025计算加权阈值，所述t为所述时长，4为最小阈值，且最大阈值为8；对所述加权阈值进行四舍五入处理或者去除小数点处理得到阈值结果。

实施例三

请参阅图6，图6是本发明实施例公开的一种基于MEMS手势识别的视力检验装置的结构示意图。如图6所示，该一种基于MEMS手势识别的视力检验装置可以包括：灯珠点亮模块601、时长计算模块602、朝向判断模块603、正确累计模块604和错误累计模块605，其中，灯珠点亮模块601：用于从LED灯组中任意选取一排LED灯珠为初始检验行，并从所述初始检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；时长计算模块602：用于采集检验者手势运动的空间姿态并记录从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；朝向判断模块603：用于根据所述空间姿态计算检验者的手势运动方向，获取点亮的LED灯珠对应的字符模块的朝向，判断所述手势运动方向是否与字符模块的朝向一致；正确累计模块604：用于当朝向一致时，累计正确次数，且当正确次数超过第一阈值时，从LED灯组中选取另一排LED灯珠为检验行，从所述检验行中任意控制一颗LED灯珠点亮；错误累计模块605：用于当朝向不一致时，累计错误次数，当错误次数超过第二阈值时，结束测试，输出测试结果。

本实施例中，第一阈值可以设置为3，但不限定于3，在其他示例中可以是其他数值。实施例中当检验者连续判读错误次数达到第二阈值时结束测试，并给出相应的视力测试结果，该第二阈值越大意味着检验者需要判读的次数越多，用时越久，测量结果越精细，越小意味着检验者需要判读的次数越少，用时越短，测量结果比较粗糙。实施例为了快速给出测试者的视力测试结果，提出第二阈值为动态阈值的处理方式。具体的，第二阈值根据从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长动态调节。

进一步的，具体为设置第二阈值的阈值范围，所述阈值范围包括最小阈值和最大阈值；当检验者的手势运动方向与字符模块的朝向一致时，获取当前的从LED灯珠点亮到采集到所述空间姿态之间的时长；基于所述时长进行加权计算获得阈值结果，其中当所述阈值结果小于最小阈值时，定义第二阈值等于最小阈值，当所述阈值结果大于最小阈值时，定义第二阈值等于最大阈值，当阈值结果在阈值范围内时，则第二阈值等于所述阈值结果。

其中，基于所述时长进行加权计算获得阈值结果，包括：基于公式：4+(t-40)*0.025计算加权阈值，所述t为所述时长，4为最小阈值，且最大阈值为8；对所述加权阈值进行四舍五入处理或者去除小数点处理得到阈值结果。

实施例四

请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种电子设备的结构示意图。电子设备可以是计算机以及服务器等，当然，在一定情况下，还可以是手机、平板电脑以及监控终端等智能设备，以及具有处理功能的图像采集装置。如图7所示，该电子设备可以包括：

存储有可执行程序代码的存储器701；

与存储器701耦合的处理器702；

其中，处理器702调用存储器701中存储的可执行程序代码，执行实施例二中的基于MEMS手势识别的视力检验方法中的部分或全部步骤。

本发明实施例公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例二中的基于MEMS手势识别的视力检验方法中的部分或全部步骤。

本发明实施例还公开一种计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行实施例二中的基于MEMS手势识别的视力检验方法中的部分或全部步骤。

本发明实施例还公开一种应用发布平台，其中，应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行实施例二中的基于MEMS手势识别的视力检验方法中的部分或全部步骤。

在本发明的各种实施例中，应理解，所述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例所述方法的部分或全部步骤。

在本发明所提供的实施例中，应理解，“与A对应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。

本领域普通技术人员可以理解所述实施例的各种方法中的部分或全部步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储器(RandomAccessMemory，RAM)、可编程只读存储器(ProgrammableRead-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammableRead-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammableRead-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable ProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-OnlyMemory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

以上对本发明实施例公开的基于MEMS手势识别的视力检验系统、方法、装置、电子设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。