摘要
本设计选用FPGA硬件处理信号，对图像信号的采集、存储数据同时进行,可以达到高速的并行采集、实时分析和同步存储的目的。我们采用Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C6，为保证FPGA的稳定工作，选用 25M的时钟对TRDB-D5M CMOS摄像头的图像信号进行并行采集。将采集到的图像调整到640×480的大小并将数据暂时存入SDRAM中。同时VGA控制模块读取SDRAM中的信息，将视频信息显示在VGA屏上。
本设计利用皮肤检测不断对视频信息中的皮肤进行追踪，从而实现手势追踪，并在左右屏中算出皮肤的中心点作为手部信息的坐标点，以此作为手势信息。根据上述手势信息，产生对小车的控制命令，通过Nrf24L01无线模块发送至小车。小车接受信息后，作出相应行走动作。
本系统提供按键便于用户进进行功能选择，如显示真实视频信息、皮肤信息、虚拟小人等。皮肤信息用于不同背景环境下手势动作的调整，减少了系统的误判。
系统设计
系统方案
该系统主要由FPGA体感识别系统和MSP430小车系统两个部分组成。
在FPGA体感识别系统中，首先通过D5M采集视频信息，因为该摄像头采集到的图像是RAW类型的图像，不便于VGA显示，所以必须把RAW图像转化为RGB模式的图像，存入SDRAM中，以便VGA显示时使用。在SDRAM控制时使用了FIFO的形式，实现了SDRAM的多接口写入和读出。从SDRAM中读出的RGB信息，一方面可以送至VGA控制模块中，当（SW[17]&&~SW[16]）==1时，显示视频信息；另一方面送至皮肤检测模块，将检测为皮肤的区域颜色设为白色，中心点为红色，非皮肤区域为黑色，当（~SW[17]&&~SW[16]）==1时，显示皮肤信息。皮肤检测获得的手势信息一方面送至虚拟小人显示模块，该模块利用Bresenham算法画出虚拟小人，存于SRAM中，当SW[16]==1时，显示虚拟小人；另外一方面送至小车控制模块，根据手势信息在屏幕上的位置信息，利用无线传感器给小车发送行走命令。
MSP430小车系统由MSP430F499控制器，NRF24L01无线模块、L297+L298组合为小车驱动器和二项四拍步进电机组成。MCU不断读取NRf24L01接收端的信息，根据受到的指令，分别给驱动器不同频率的方波和方向信息。驱动器将不同频率的方波转换成不同频率的PWM波，从而实现了小车的前进、后退、加速、减速、转弯等动作。
皮肤检测模块
在视频信息中，每帧中图像的像素点都有R、G和B三个分量的值，将R、G和B转换成YUV格式，公式如下：
Y=（R+2G+B）/4，U=R-G，V=B-G
经过多次实验得出，当像素点符合100 < U < 500 时属于皮肤的颜色范围。当像素点符合100 < U < 500且R > B时，我们则认为该像素点为皮肤。
利用上述思想，对视频信息处理后，可得出皮肤信息，算出左右区域皮肤像素点位置的平均值，视为左臂和右臂的位置信息。根据左臂和右臂在屏幕上的位置信息，产生小车控制信息，然后对小车进行无线控制。同时根据左臂和右臂的位置信息，利用Bresenham算法从设定好的图表中划出简化的人形。
系统测试与结果图示
当控制者双手摊开，水平朝外时，位于FPGA上的皮肤检测模块检测出双手的位置，绘制皮肤点集，如图4.1中图所示，图中白色标注点为皮肤点，红色标注点为皮肤中心点。同时，系统还会绘制模拟小人以显示控制者的动作，如图1右图所示，控制者并拢双手，动画小人也并拢双手，此外，系统还提供了硬件按键，使得控制者可以在皮肤点集图和模拟小人图之间流畅切换。经过反复测试，系统能成功快速识别出启动动作，识别率达90%，位于小车上的无线模块接收到FPGA发送过来的前进信息后，小车开始启动，实验表明，小车反映速度极快，能迅速对FPGA的控制指令做出反映。
小车前进动作的检测如图2所示，当控制者双手平放并保持向上托举的状态时，位于FPGA上的皮肤检测模块检测出双手的位置，绘制皮肤点集，如图4.2中图所示，图中白色标注点为皮肤点，聚集在屏幕上部分，系统成功检测出托举动作，经反复实验，该动作识别率达98%，无线模块接收到FPGA发送过来的前进信息后，做出前进动作命令，小车前进。
除了控制前进动作以外，系统还创新性的添加进了速度控制机制，控制者双手托举得越高，皮肤检测模块最终计算出的小车行进速度就越快，同时，为了防止小车速度过快带来的前进不稳定的问题，系统设置了最高运行速度阈值1m/s，当计算出的速度值高于阈值时，将按阈值替代处理。
小车的后退动作检测原理类似前进动作，控制者双手摊开，向下平放，如图3所示，FPGA皮肤检测模块检测出皮肤点集，并绘制于屏幕下方，动画小人模拟相应的动作。经反复实验，该动作识别率达92%。
控制者双手摊开并且左手放置高于右手时，代表发出小车左转命令，如图4所示，FPGA皮肤检测模块检测出皮肤点集分别位于屏幕左下角和屏幕右上角，动画小人抬高左手，放低右手，成功模拟出控制者的手势。经实验，该动作识别率达95%。
小车右转实现方法类似左转，控制者双手摊开并且右手放置高于左手，代表发出小车右转命令，如图5所示，FPGA皮肤检测模块检测出皮肤点集分别位于屏幕左上角和屏幕右下角，动画小人抬高左手，放低右手，成功模拟出控制者的手势。经实验，该动作识别率达94%。
小车的刹车与前几个动作较为不同，控制者双手合拢，掌心水平朝外，如图6所示，皮肤检测模块检测出皮肤点集位于屏幕中下方，动画小人作停止状态.