面向交互語義的用戶基本手勢實時檢索方法研究.pdf

1、隨著計算機的發(fā)展與應(yīng)用，人與計算機的交互越來越密切，人機交互技術(shù)隨之應(yīng)運而生并極大的改變著人們的工作和生活方式。手勢交互作為人機交互技術(shù)中重要的一環(huán)也越發(fā)引起科學(xué)家們的關(guān)注，如何實現(xiàn)自然、和諧、實時的手勢交互已經(jīng)成為手勢交互領(lǐng)域研究的熱點問題。
　　基于視覺的手勢交互不需要人手佩戴任何電子傳感設(shè)備，僅需一個或多個攝像頭對人手進行跟蹤和識別來完成手勢交互，因而滿足自然、和諧的交互方式。在基于視覺的手勢交互系統(tǒng)中手勢識別技術(shù)決定交互能

2、否順利完成?；谝曈X的手勢識別是指利用攝像頭捕獲人手圖像并把圖像信息傳輸?shù)接嬎銠C中，經(jīng)過圖像處理算法讓計算機判斷出人手的交互意圖并執(zhí)行對應(yīng)的指令從而完成最終的人機交互。手勢檢索的實時性也影響著交互的自然性，如何實時的對人手進行檢索和識別是本文的核心研究目標(biāo)。從理論上說，在單目攝像機條件下，讓用戶的實時手勢動作與檢索出的對應(yīng)3D動畫可視化過程保持一致，是一件極有挑戰(zhàn)性的工作，具有重要的學(xué)術(shù)價值;從應(yīng)用背景的角度看，3D交互界面是未來人機界

3、面的重要發(fā)展趨勢，故這種研究對于構(gòu)建自然手勢輸入的三維直接操控界面研發(fā)具有巨大的潛在應(yīng)用價值。
　　本論文依托國家自然科學(xué)基金(No.61173079，No.61472163)，山東省自然科學(xué)基金重點項目(No.ZR2011FZ003)等項目基金的支持，對單目攝像頭下用戶基本手勢實時檢索方法進行了研究。本文具體研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)實現(xiàn)了基于膚色特征的手勢分割方法。首先選取YCrCb顏色空間，然后應(yīng)用高斯混合模型

4、進行膚色建模，并根據(jù)閾值法完成手勢的分割。在手勢初始化階段對手勢膚色區(qū)域進行實時采樣，接著根據(jù)采集的樣本計算出高斯混合模型的各個參數(shù)，這種方法增加了對光照條件的適應(yīng)性，減小了光照對手勢分割的影響。
　　(2)提出了基于手勢主方向的特征提取方法。手勢主方向是指從手勢重心點到手勢最遠(yuǎn)點的一個方向向量，提出手勢主方向的目的是保證手勢特征提取的一致性，解決手勢在發(fā)生縮放、平移和旋轉(zhuǎn)等情況下給手勢識別帶來的問題。在手勢預(yù)處理階段，首先把分割

5、出來的手勢圖像進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使之在手勢識別階段不受手勢縮放的影響，然后在標(biāo)準(zhǔn)化手勢圖像中求出手勢的主方向，并依據(jù)手勢主方向建立二維手勢直角坐標(biāo)系對手勢進行特征提取。
　　(3)提出了手勢二進制描述子的概念。由于在運算復(fù)雜度和存儲開銷方面二進制描述子都有著很大的優(yōu)勢，有利于實時性的運算。為了提高手勢識別階段手勢檢索的速度本文提出了手勢二進制描述子的概念。手勢二進制描述子用一個二進制串表示，其中二進制串的每一位代表一個維度，用于表示

6、一個手勢特征區(qū)域中手勢特征點數(shù)目的信息，從而整個二進制字符串就反映了整個手勢區(qū)域中手勢特征的信息。
　　(4)本文通過大量統(tǒng)計實驗求證了動態(tài)交互語義手勢存在一定的規(guī)律性。在手勢抓取的過程中，手勢像素點個數(shù)線性減少;手勢放開的過程中，手勢像素點個數(shù)線性增大;平移過程中手勢像素點個數(shù)線性不變;旋轉(zhuǎn)過程中手勢像素點個數(shù)先線性減少后線性增大。因此，在手勢檢索之前可以先根據(jù)此規(guī)律識別出交互語義手勢的類型，縮小手勢檢索的范圍，從而進一步提高了