臺灣博碩士論文加值系統

為了能讓聾啞人士能與一般人溝通，並且使特教系人員能容易學習手語，我們希望能建立一套符合台灣手語的手語溝通辨識系統，要完成手語溝通辨識系統的第一步驟就是製作符合我們需求的資料手套。一般市售的資料手套昂貴，對於實際上的使用，不符合經濟效益，本文研製一雙成本低廉並能高速傳輸資料的USB/RS232之介面資料手套，USB資料手套包含硬體與軟體的設計。
硬體的設計以微控制器為基礎，微控制器採用具有內建類比-數位轉換器的晶片PIC16F877來量測手勢的變化所獲得的資料，再透過USB2.0控制晶片，經由USB介面，將資料傳送到電腦端。
軟體設計的部份，目前已使用 LabVIEW 、EON Studio及3D Studio MAX軟體整合，搭配倒傳遞類神經辨識演算法，初步針對26個英文字母A~Z手語辨識，將即時將手勢同步顯示在電腦螢幕上。未來將探討並撰寫辨識率越高的演算法，來實現一套完整的以3D動畫顯示手勢，目前建立了一些台灣手語辨識資料庫來做為運用，但最後需建立一完整的資料庫以達到整體系統的完整性。

In order to help the disabled to communicate with other normal people and make it easier for special education staff to learn sign language, we hope to complete a set of sign language recognition system that matches the way we use in Taiwan. The first step is to create a new kind of data glove which meets our requirement.
The design is on the basis of micro-controller hardware, which adapts built-in A/D chip (PIC16F877) to measure the changes of gestures. Then those information and data could be transmitted to the computer through the interface of USB2.0 controller chip.
We designed a pair of data gloves with USB/RS232 high speed interface, integrating with the software packages, e.g. LabVIEW, EON studio, and 3D studio MAX etc. Neural network algorithm is also applied to program the recognition engine. The recognition results about 26 English alphabet A~Z gestures can be displayed in 3D animation of hands movements on the monitor and play text/voice output in the mean time. With the help of integrating all hardware with software, a complete 3D Taiwan sign language recognition system is implemented to help the hearing disabled to solve the communication problem with the other normal people.

中文摘要.............................................Ⅰ
英文摘要.............................................Ⅱ
致謝.................................................Ⅲ
目次.................................................Ⅳ
表目次...............................................Ⅶ
圖目次...............................................Ⅷ
第一章 緒論..........................................1
1.1 前言.............................................1
1.2 研究動機..........................................2
1.3 論文架構..........................................3
第二章 理論背景.......................................4
2.1 資料手套簡介.......................................4
2.1.1 資料手套的種類...................................7
2.1.2 資料手套的應用...................................7
2.2手部基礎理論簡介....................................9
2.2.1 手部的結構..........................9
2.2.2 手部的生物力學......................10
2.2.3 手部的動作......................................11
第三章 系統設計與架構..................................13
3.1 系統架構..........................................13
3.2 資料手套製作...................................... 14
3.2.1 彎曲感測器...................................15
3.2.2 加速度傳感器.................................16
3.2.3 方向加速規座標方向............................21
3.3系統主硬體架構......................................24
3.3.1 系統韌體設計.................................24
3.3.2 USB晶片.....................................27
3.4 軟體..............................................31
3.4.1 Fuzzy模糊理論................................31
3.4.2 倒傳遞類神經網路..............................33
3.4.2.1 網路架構............................33
3.4.3 3D Max 及EON Studio虛擬實境..................37
3.4.4 API基本介紹..................................42
3.4.5 台灣文字手語資料庫建立.........................43
3.4.5.1 Flex sensor辨識演算法................44
3.4.5.2 ADXL202 sensor辨識演算法.............45
3.4.6 LabVIEW人機介面..............................47
第四章 結果與討論......................................50
4.1 硬體結果與討論......................................50
4.2 軟體結果與討論......................................51
4.3 資料庫比對與類神經網路討論............................70
第五章 結論與未來展望...................................71
5.1結論................................................71
5.2未來展望............................................73
參考文獻...............................................74
附錄1 靜態26個英文字母圖.................................77
附錄2 目前建立之台灣文字手語語句圖.........................78

[1]http://www.axis3d.com.tw ,”愛迪斯科技股份有限公司” 。
[2]David J. Sturman, David Zeltzer，“ A survey of glove-based
input”，ComputerGraphics and Applications, IEEE , Volume: 14
Issue: 1 , Jan 1994 ，Page(s): 30 –39.
[3]http://www.ship.org.tw/vr/index.asp ,” 台灣船舶網虛擬實境” 。
[4]史傑州，“應用感應手套模擬手部復健評估之研究”，國立成功大學工業設計
研究所碩士論文，民國89年。
[5]http://www.zjtcm.net/wljx/Basic/jp/index.htm ,”解剖學網站” 。
[6]陳金山、徐淑媛， “彩色圖解基礎人體解剖與生理學”，合記圖書出版社，民國
89年。
[7]Hunt,J.M., The Rehabilitation of the Hand, 3rd.ed, St﹒Louis,
Mosby , 1990.
[8]Kromer,K., Couping the hand with the human handle Human Factors,
28, 337-339,1986.
[9]王國榮，“基於資料手套的智慧型手勢辨識”，國立台灣科技大學電機工程
研究所碩士論文，民國90年。
[10]許永和，“USB週邊裝置設計與應用”，全華科技圖書股份有限公司，民國
92年。
[11]黃名斌，“USB介面之模組化腦波紀錄儀”，中原大學醫學工程研究所碩士論
文，民國92年。
[12]http://www.jameco.com/, ”JAMECO ELECTRONICS” 。
[13]洪正瑞，“詳細解析PIC16F877原理與應該”，台科大圖書股份有限公司，民
國94年。
[14]http://www.analog.com/ ,”ANALOG DEVICES”。
[15]蘇木春、張孝德，“機器學習 類神經網路、模糊系統以及基因演算法則”，全
華科技圖書股份有限公司，民國88年。
[16]張智星，“MATLAB程式設計與應用”，清蔚科技，民國89年。
[17]羅華強，“類神經網路MATLAB6的應用”，清蔚科技，民國90年。
[18]Yu Su, Mark H. Fisher, Andrzej Wolczowski, G. Duncan Bell, David
J. Burn, and Robert X. Gao, Senior Member,” Towards an EMG-
Controlled Prosthetic Hand Using a 3-D Electromagnetic
Positioning System”, IEEE TRANSACTIONS ON
INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 56, NO. 1, FEBRUARY
2007.
[19]Jeong, O.C.; Kusuda, S.; Sakakibara, T.; Konishi, S.; Nokata,
M.,” Pneumatic micro finger as endeffecter of robot”, Micro-
NanoMechatronics and Human Science, 2005 IEEE International
Symposium on 7-9 Nov. 2005 Page(s):145 – 148.
[20]瑋特擬真科技，“EON Studio 3D虛擬實境整合互動網頁設計”，全華科技圖
書股份有限公司，民國91年。
[21]游家林，“研製雙手虛擬手套進行自由曲面實體之變形操作”，國立中興大學
機械工程研究所碩士論文，民國92年。
[22]鄭啟英，“虛擬實境在復健之應用”，國立中央大學機械工程研究所碩士論
文，民國89年。
[23]Mu-Chun Su，Yu-Xiang Zhao，Hsuan-Fan Chen，“ A fuzzy rule-based
approach to recognizing 3-D arm movements”，Neural Systems and
Rehabilitation Engineering, IEEE Transactions on [see also IEEE
Trans. on Rehabilitation Engineering] , Volume: 9 Issue: 2 , Jun
2001 ，Page(s): 191 –201
[24]Toru Yamaguchi，Michihiro Yoshihara，Makoto Akiba，Masako Kuga，
Naoyuki Kanazawa，Kazuo Kamata,，“ Japanese sign language
recognition system using information infrastructure”，Fuzzy
Systems, 1995. International Joint Conference of the Fourth IEEE
International Conference on Fuzzy Systems and The Second
International Fuzzy Engineering Symposium., Proceedings of 1995
IEEE International Conference on , Volume: 5 , 20-24 Mar 1995 ，
Page(s): 65 -66 vol.5
[25]洪正隆，“3ds max7 基礎造型指令圖鑑”，金禾資訊股份有限公司，民國94
年。
[26]陸光中、蕭子健，“ LabVIEW & Microsoft 的整合實例(1)(VC. DLL.
ActiveX.ADO) ”，高立圖書有限公司。
[27]T Kuroda, Y Tabata , A Goto , H Ikuta and M urakami ， “Consumer
price data-glove for sign language recognition ” ， Proc. 5th
Intl Conf. Disability, Virtual Reality & Assoc. Tech., Oxford,
UK, 2004
[28]Chin-Shyurng Fahn and Herman Sun， “Development of a Data Glove
With Reducing Sensors Based on Magnetic Induction” ， IEEE
TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 52, NO. 2, APRIL
2005.
[29]現代經典文化公司手語書系研究編輯委員會編著，“我的第1本手語書:台灣
手語完全學習手冊初探篇”，現代經典文化公司。
[30]郭建志，「用於手語溝通辨識系統之USB介面資料手套研製」，南台科技大學電機
工程研究所碩士論文，民國九十三年。
[31]趙于翔，「可攜式台灣手語發聲系統」，淡江大學電機工程研究所碩士論文，民國
九十一年五月。
[32]黃海，「肢障者之輔具研製」，淡江大學電機工程研究所碩士論文，民國八十九年六
月。