[发明专利]手部姿态与空间位置的感知方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及改进的手部姿态与位置的感知方法。更具体地，本发明指示基于多摄像头系统、利用红外光照进行手部姿态与位置的感知的方法，用于提供改进的人机交互技术。

背景技术

多年来，随着多媒体技术的普及与发展，人们在对新型人机交互技术进行着不懈的探索。使用肢体、手势等直观的方式完成计算机的操纵，成为一个技术热点。人的手部是一种复杂的执行机制，其灵活度高、表现力丰富且可以完成精细的操作，但这些特性也使其姿态的识别与跟踪成为计算机研究中的重大挑战。

对手部运动的识别，可以通过多种方法实现。来自微软公司的US20100199228A1(公开日：2010年8月5日)提供了利用深度摄像头捕获并分析用户的身体姿态，并将其解释为计算机命令的方案。来自Nintendo公司的US20080291160A1(公开日：2008年11月27日)提供了利用红外传感器和加速度传感器捕获用户手部位置的方案。此外，现有技术中还有利用数据手套来辅助对手部姿态的识别的方案。这些方案实现了对手部运动的识别，但也存在着各种不足。缺点之一是价格昂贵。

来自松下电器产业株式会社的CN1276572A提供了使用摄像头对手部进行拍照，然后对图像进行归一化分析，并将归一化得到的图像进行空间投影，并将所得的投影坐标与预先存储的图像的投影坐标进行比较。该方法比较直观，但需要经过复杂的数学计算过程，且无法对手的空间位置进行识别与跟踪。

此外，在手部运动感知领域，还存在着几大技术挑战：首先，如何从获取的图像中有效的提取出手部的区域。一些技术方案通过识别人的皮肤颜色进行分割处理，但受到环境光照条件的影响很大，而且对于不同人种的肤色需特别处理。另一些方案，在手上佩戴一些具有颜色的标识，或彩色手套，但同样也受到一定的环境光照影响，且降低了使用设备的舒适程度与方便程度。其次，图像中的手部图像存在严重的自遮挡现象，即是说，在一副图像中，手指、手掌之间可能互相遮盖，使得计算机难以凭借图像中的信息判断出手指的具体姿态。

发明内容

本发明综合考虑了现有技术中存在的多方面问题，并以较低成本、较低计算复杂度和较低的系统的复杂度为代价，实现了对手部姿态与位置的有效识别。

本发明具有以下几个重要的特点：

(a)可适用于多种复杂环境。使用该设备，无需特定的光照环境，无需对使用者及使用环境做过多的约束，也无需在使用者的身体上佩戴任何标志与传感器。也就是说，无论白天、夜晚；室外、室内；使用者的肤色；设备处于静态还是移动中，设备都不用进行改造或特别的设置，即可使用。

(b)可以全面的感知手部的运动。其既包括手在任意瞬时的位置与姿态，也包括手部以及手指的运动。

(c)不使用复杂、造价昂贵或对生产工艺要求过高的设备。比如：高速摄像头、深度摄像头、复杂传感器。

(d)无需进行图像归一化处理、图像空间投影等复杂计算过程。

根据本发明的一种用于多摄像头系统的手部姿态与位置的感知方法，所述多摄像头系统包括数据库，以及处于不同位置的第一摄像头与第二摄像头，所述数据库中有多个数据条目，每个数据条目包括一手部姿态与空间位置信息、与所述第一摄像头相对应的第一手部图像模板，以及与所述第二摄像头相对应的第二手部图像模板；

所述手部姿态与位置的感知方法包括：

(1)利用第一摄像头捕获第一幅图像；利用第二摄像头捕获第二幅图像；

(2)处理所述第一摄像头所捕获的第一图像，提取出第一手部区域的图像；处理所述第二摄像头所捕获的第二图像，提取出第二手部区域的图像；

(3)对于所述数据库中的每一条数据条目，将第一手部区域的图像，与所述第一手部图像模板相比较，得到第一差值，将第二手部区域的图像，与所述第二手部图像模板相比较，得到第二差值，累加第一差值与第二差值，得到对应于所述数据库中的每一条数据条目的综合差值；

(4)选取综合差值最小的一条数据条目的手部姿态与空间位置信息，作为手部姿态与空间位置测量结果；

基于所述手部姿态与空间位置测量结果，在屏幕上绘制虚拟手图标或光标。

附图说明

当连同附图阅读时，通过参考后面对示出性的实施例的详细描述，将最佳地理解本发明以及优选的使用模式和其进一步的目的和优点，其中附图包括：

图1绘制了根据本发明的用于手部姿态与位置感知的多摄像头系统的整体结构图；

图2展示了根据本发明的多摄像头系统的控制电路的框图；

图3展示了根据本发明所使用的手部模型的示意图；