一种航空器地面指挥信号训练系统及其操作方法
专利汇可以提供一种航空器地面指挥信号训练系统及其操作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种航空器地面指挥 信号 训练系统及其操作方法，该系统包括：kinect 传感器 、 数据处理 控制系统、显示设备和音响设备。kinect传感器用于获取学员信号手势数据；数据处理控制系统包括信息录入模 块 、数据处理模块、数据存储模块和输出控 制模 块，信息录入模块用于录入学员的个人信息，数据处理模块用于对学员信号手势数据进行处理得到信号手势判别结果，数据存储模块用于存储信号手势标准样本库、信号手势教学视频、学员个人信息等数据，输出 控制模块 用于控制显示设备和音响设备。本发明训练系统，在一定程度上为航空器地面指挥员/引导员的信号手势培训提供一种有效的方法，提高了训练效率，具有较高的识别率和较强的鲁棒性。，下面是一种航空器地面指挥信号训练系统及其操作方法专利的具体信息内容。
1.一种航空器地面指挥信号训练系统，其特征在于，包括kinect传感器、数据处理控制系统、显示设备和音响设备，数据处理控制系统与kinect传感器、显示设备和音响设备通信连接；所述kinect传感器用于获取信号手势标准样本初始数据和学员做出信号手势时的身体骨骼运动数据；所述数据处理控制系统包括信息录入模块、数据处理模块、数据存储模块和输出控制模块，信息录入模块用于录入学员的个人信息，数据处理模块用于对kinect传感器获取的学员信号手势数据进行处理得到信号手势判别结果，数据存储模块存储信号手势标准样本库、信号手势教学视频、学员个人信息及相应训练和考核数据；输出控制模块控制显示设备和音响设备播放信号手势教学视频、学员的信号手势识别结果和提示内容，以实现人机交互；所述数据处理模块包括信号手势识别模块、信号手势处理模块和信号手势判别模块，信号手势识别模块从kinect获取学员的各骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；信号手势处理模块提取学员信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹，计算基准骨骼关节与每个特征骨骼关节之间的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹；信号手势判别模块使用时间动态规整算法衡量学员各特征骨骼节点的一维坐标运动轨迹数据与标准样本库里相同手势各特征骨骼节点的一维坐标运动轨迹数据的相似性，从而对学员信号手势进行评分；所述特征骨骼关节为能够识别出每个信号手势的最少特征骨骼关节；所述基准骨骼关节为颈下脊椎。
2.根据权利要求1所述的一种航空器地面指挥信号训练系统，其特征在于，所述特征骨骼关节有8个，包括左拇指、左手指、左腕、左肘、右拇指、右手指、右腕与右肘。
3.根据权利要求1所述的一种航空器地面指挥信号训练系统，其特征在于，所述信号手势标准样本库建立步骤包括：步骤201，利用Kinect获取不同体型、不同性别的人在不同的环境下做各种标准信号手势的各骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；步骤202，提取每个信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；
步骤203，计算每个信号手势基准骨骼关节与各特征骨骼关节之间的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹，每做一个信号手势动作就生成一组特征骨骼关节随时间变化的一维坐标运动轨迹；步骤204，筛除异常数据；步骤
205，存储各信号手势的一维特征数据，建立信号手势标准样本库。
4.根据权利要求1所述的一种航空器地面指挥信号训练系统，其特征在于，所述显示设备为投影仪或显示屏。
5.基于权利要求1所述的一种航空器地面指挥信号训练系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，输入学员个人信息，所述个人信息包括姓名、学号、专业、年龄与性别；步骤S2，模式选择，根据需求选择训练模式或考核模式；若选择训练模式，则进入步骤S3，若选择考核模式，则进入步骤S10；步骤S3，根据需要选择训练的信号手势内容，并设有全选功能；步骤S4，根据需要选择是否观看信号手势视频，学员通过观看信号手势视频学习信号手势，也可以选择不观看信号手势视频直接做出信号手势；步骤S5，学员做出信号手势；步骤S6，在显示设备上显示信号手势识别结果；步骤S7，将学员训练的评分结果进行存储与汇总；步骤S8，判断学员做的信号手势是否达标，若达标则进入步骤S9，若不达标，则回到步骤S4；步骤S9，判断学员选择的训练内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的训练，进入步骤S4；步骤S10，根据需要选择考核的信号手势内容，并设有全选和随机功能供选择；步骤S11，显示设备和音响设备对需要考核的信号手势进行文字或语音提示；步骤S12，学员根据文字或语音提示做出相应的信号手势；步骤S13，显示设备显示信号手势识别结果；步骤S14，将学员考核的评分结果进行存储与汇总；步骤S15，判断学员选择的考核内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的考核，进入步骤S11。
一种航空器地面指挥信号训练系统及其操作方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述kinect传感器用于获取信号手势标准样本初始数据和学员做出信号手势时的身体骨骼运动数据；
所述数据处理控制系统包括信息录入模块、数据处理模块、数据存储模块和输出控制模块，信息录入模块用于录入学员的个人信息，数据处理模块用于对kinect传感器获取的学员信号手势数据进行处理得到信号手势判别结果，数据存储模块存储信号手势标准样本库、信号手势教学视频、学员个人信息及相应训练和考核数据；
输出控制模块控制显示设备和音响设备播放信号手势教学视频、学员的信号手势识别结果和提示内容，以实现人机交互；
所述数据处理模块包括信号手势识别模块、信号手势处理模块和信号手势判别模块，信号手势识别模块从kinect获取学员的各骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；
信号手势处理模块提取学员信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹，计算基准骨骼关节与每个特征骨骼关节之间的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹；信号手势判别模块使用时间动态规整算法衡量学员各特征骨骼节点的一维坐标运动轨迹数据与标准样本库里相同手势各特征骨骼节点的一维坐标运动轨迹数据的相似性，从而对学员信号手势进行评分；
所述特征骨骼关节为能够识别出每个信号手势的最少特征骨骼关节；所述基准骨骼关节为颈下脊椎。
步骤202，提取每个信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；
步骤203，计算每个信号手势基准骨骼关节与各特征骨骼关节之间的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹，每做一个信号手势动作就生成一组特征骨骼关节随时间变化的一维坐标运动轨迹；
步骤204，筛除异常数据，异常数据包括各关节位置随时间变化的时间序列（帧）中相邻两帧之间欧式距离超过0.07m，时间序列欧式距离最大值和最小值相差超过1.1m；
步骤205，存储各信号手势的一维特征数据，建立信号手势标准样本库。
步骤S2，模式选择，根据需求选择训练模式或考核模式，若选择训练模式，则进入步骤S3，若选择考核模式，则进入步骤S10；
步骤S3，根据需要选择训练的信号手势内容，并设有全选功能；
步骤S4，根据需要选择是否观看信号手势视频，学员通过观看信号手势视频学习信号手势，也可以选择不观看信号手势视频直接做出信号手势；
步骤S5，学员做出信号手势；
步骤S6，显示设备上显示信号手势识别结果；
步骤S7，将学员训练的评分结果进行存储与汇总；
步骤S8，判断学员做的信号手势是否达标，若达标则进入步骤S9，若不达标，则回到步骤S4；
步骤S9，判断学员选择的训练内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的训练，进入步骤S4；
步骤S10，根据需要选择考核的信号手势内容，并设有全选和随机功能供选择；
步骤S11，显示设备和音响设备对需要考核的信号手势进行文字或语音提示；
步骤S12，学员根据文字或语音提示做出相应的信号手势；
步骤S13，显示设备显示信号手势识别结果；
步骤S14，将学员考核的评分结果进行存储与汇总；
步骤S15，判断学员选择的考核内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的考核，进入步骤S11。
（1）改变了航空器地面指挥信号训练主要依靠教员人工指导的现象，在一定程度上为航空器地面指挥员/引导员的信号手势培训提供一种有效的方法，既可以用于训练，又可以用于考核，提高了训练和考核的效率；
（2）标准样本库中的各种信号手势数据来自不同体型、不同性别、不同环境，因此系统的训练方法具有较高识别效率和较强的鲁棒性；
（3）做信号手势的过程中不需要手持设备，交互自然，使用方便；
（4）将学员的信号手势与其标准样本库里对应的同一手势样本的一维特征进行匹配，降低了信号手势判别的复杂度，减少了处理数据的时间。
图2为本发明Kinect选取的特征骨骼关节示意图；
图3为本发明“正常停止”信号手势的特征骨骼关节随时间变化的一维坐标运动轨迹图；
图4为本发明标准样本库建立示意图；
图5为本发明一种航空器地面指挥信号手势训练系统操作流程图；
图6为本发明信号手势一维特征匹配示意图。
具体实施方式
kinect传感器用于获取信号手势标准样本初始数据和学员做出信号手势时的身体骨骼运动数据；
数据处理控制系统包括信息录入模块、数据处理模块、数据存储模块和输出控制模块，信息录入模块用于录入学员的个人信息，如姓名、学号、专业、年龄、性别等，数据处理模块用于对学员信号手势数据进行处理，并与标准样本库进行匹配，得到信号手势判别结果，数据存储模块存储信号手势标准样本库、信号手势教学视频、学员个人信息及相应训练和考核数据；
输出控制模块控制显示设备和音响设备播放信号手势教学视频、学员的信号手势识别结果和提示内容，以实现人机交互，显示设备可选择投影仪或者显示屏；
所述航空器地面指挥信号手势采用国际通用的MH/T3010航空器地面指挥信号手势，数据存储模块中的标准样本库和信号手势教学视频内容包含MH/T3010规定的所有航空器地面指挥信号手势；
所述kinect传感器能够识别人体25个骨骼关节，数据处理模块中的信号手势处理模块的特征骨骼关节为能够识别出每个信号手势的最少骨骼关节，以及一个基准骨骼关节，本发明选择的特征骨骼关节有8个，如图2所示，包括左拇指、左手指、左腕、左肘、右拇指、右手指、右腕、右肘，基准骨骼关节为颈下脊椎。
如图4所示，所述数据存储模块中的标准样本库建立的步骤包括：
步骤201，利用Kinect获取不同体型、不同性别的人在不同的环境下做各种标准信号手势的各骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；
步骤202，提取每个信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹数据；
步骤203，计算每个信号手势基准骨骼关节与各特征骨骼关节之间的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹，每做一个信号手势动作就生成一组（8个）特征骨骼关节随时间变化的一维坐标运动轨迹；
步骤204，筛除异常数据，异常数据包括各关节位置随时间变化的时间序列（帧）中相邻两帧之间欧式距离超过0.07m，时间序列欧式距离最大值和最小值相差超过1.1m；
步骤205，存储各信号手势的一维特征数据，建立标准样本库。
步骤S2，模式选择，根据需求选择训练模式或考核模式，若选择训练模式，则进入步骤S3，若选择考核模式，则进入步骤S10；
步骤S3，根据需要选择训练的信号手势内容，并设有全选功能；
步骤S4，根据需要选择是否观看信号手势视频，学员通过观看信号手势视频学习信号手势，也可以选择不观看信号手势视频直接做出信号手势；
步骤S5，学员做出信号手势，Kinect获取学员做信号手势时的各骨骼关节数据，提取学员信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹，计算基准骨骼关节与特征骨骼关节的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹，使用时间动态规整算法衡量学员手势的一维特征骨骼节点数据与标准样本库里的一维特征骨骼节点数据的相似性，从而判断该学员手势是否正确，并进行评分；
步骤S6，显示设备上显示信号手势识别结果；
步骤S7，将学员训练的评分结果进行存储与汇总；
步骤S8，判断学员做的信号手势是否达标，若达标则进入步骤S9，若不达标，则回到步骤S4；
步骤S9，判断学员选择的训练内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的训练，进入步骤S4；
步骤S10，根据需要选择考核的信号手势内容，并设有全选和随机功能供选择；
步骤S11，显示设备和音响设备对需要考核的信号手势进行文字或语音提示；
步骤S12，学员根据文字或语音提示做出相应的信号手势，Kinect获取学员做信号手势时的各骨骼关节数据，提取学员信号手势的特征骨骼关节和基准骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹，计算基准骨骼关节与特征骨骼关节的欧式距离，将特征骨骼关节随时间变化的三维坐标运动轨迹转变为一维坐标运动轨迹，使用时间动态规整算法衡量学员手势的一维特征骨骼节点数据与标准样本库里的一维特征骨骼节点数据的相似性，从而判断该学员手势是否正确，并进行评分；
步骤S13，显示设备显示信号手势识别结果；
步骤S14，将学员考核的评分结果进行存储与汇总；
步骤S15，判断学员选择的考核内容是否全部完成，若完成则结束，否则进入下一个信号手势的考核，进入步骤S11；
如图6所示，无论是训练模式还是考核模式，将学员的信号手势的一维特征与其标准样本库里对应的同一手势样本的一维特征进行匹配，降低了信号手势匹配的复杂度，减少了数据处理的时间。
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