[发明专利]基于多规则的交互手势运动轨迹分割方法

权利要求书

1.一种基于多规则的交互手势运动轨迹分割方法，其特征在于，该方法包括以下步骤。

（1）用摄像机拍摄手持光笔的用户的交互手势的视频：所述光笔由笔头部固定一个发光装置组成。

（2）用Camshift方法提取手势的运动轨迹点：分析视频，将用户的交互手势的运动轨迹点从视频中提取出来，该步骤通过以下子步骤来实现：

（2.1）整个视频作为搜寻区域。

（2.2）选取首帧的光笔发光位置的区域作为初始化的Search window。

（2.3）计算Search window内在HSV色彩空间下的彩色概率分布。

（2.4）运行Meanshift算法，获得新的Search window的位置和大小。

（2.5）在下一帧视频图像中，用2.3获得的值初始化Search Window的位置和大小。

（2.6）跳转到步骤2.3，继续运行，直到视频末帧。

（2.7）计算每帧图像中Search Window的中心点的位置，该位置就作为运动的轨迹点。将所有的点提取到同一空间中，就获得完整的运动轨迹点。

（3）将运动轨迹点参数化表示，该步骤通过以下子步骤来实现：

（3.1）建立一个空间坐标系。若是摄像机捕捉到的运动轨迹信息是3D的，那就对应建立三维坐标系；若摄像机捕捉的运动轨迹信息是2D的，同理建立三维坐标系，默认将原点设在左下角处。

（3.2）将轨迹点对应到坐标系中，每个轨迹点获取一个位置信息的坐标。

（3.3）这轨迹点中，设定有N个点，依次表示为：P₁（x₁,y₁,z₁）、P₂（x₂,y₂,z₂）、P₃（x₃,y₃,z₃）......P_n（x_n,y_n,z_n）。定义P₁（x₁,y₁,z₁）表示起始点，P_n（x_n,y_n,z_n）表示结束点。对于任意一个点P_i，在三维坐标系中，其坐标为P_i（x_i,y_i,z_i）。P_i与相邻的点P_i+1的连成的线段为P_iP_i+1，将向量P₁P₂作P_iP_i+1记作长度分别为计算和之间的夹角，记作P_i的向量夹角，N为自然数。

通过计算两个向量的夹角的余弦值，获得对应的角度大小：

cos<a→,b→>=a→*b→|a→|*|b→|=x1x2+y1y2+z1z2x12+y12+z12+x22+y22+z22;]]>

其中，为向量（x₁,y₁,z₁），为向量（x₂,y₂,z₂），两个向量之间的夹角的余弦值为cos<a→,b→>.]]>

设置P_i点的瞬时速度为P_iP_i+1段的平均速度，

Speed_i=|P_iP_i+1|/0.125；

（3.4）从起点开始，逐个输入每个轨迹点的位置信息坐标。

（3.5）将轨迹点颜色设定为白色，将轨迹点展示到窗口的坐标系中，并且计算和每个坐标点相关的向量夹角大小。

（4）设定约束条件，定义分割规则：可以采用轨迹点的瞬时速度、向量夹角或者向量夹角与瞬时速度结合作为约束条件：采用轨迹点的瞬时速度为约束条件时，将区间内第一个点的瞬时速度作为参照，将随后速度变化在设定幅度阈值内的连续点分割到同一分割区间；采用向量夹角为约束条件时，以分割区间内第一个点和第二个点轨迹的向量夹角作为参照，将随后轨迹点的向量夹角变化在设定阈值内并且满足角度单调变化的连续点分割到同一区间；采用向量夹角与瞬时速度结合为约束条件时，一个分割区间需要同时满足向量夹角的变化条件以及瞬时速度的变化条件。

（5）设定好分割规则，使用贪心策略将轨迹点分割符合规则的区间：

当步骤4采用瞬时速度作为约束条件定义分割规则时，分割的过程如下：

（A）、从轨迹的起点开始，以第一个轨迹点P_i的瞬时速度作为参照，作为一个分割区间的起点，同时设定i=2。

（B）、分析轨迹点P_i的速度变化是否在设定的幅度阈值变化范围内：

若是该轨迹点的瞬时速度满足约束条件，将其加入到目前的分割区间，同时i=i+1，跳转到步骤B。

若是该点瞬时速度在设定的阈值范围之外，不满足约束条件，则将该轨迹点P_i作为新的一个分割区间的起点，将P_i的瞬时速度作为新的参照点，而前一个轨迹点P_i-1作为上一个分割区间的终点。若是前一轨迹点为白色型轨迹，则设定新的这个分割起点及其后面的所有轨迹点为剖面线型轨迹；若是前一轨迹点为剖面线型轨迹，则设定新的这个分割起点及其后面的所有轨迹点为白色型轨迹。同时i=i+1，跳转到步骤B。

（C）、执行上述步骤，直到到达轨迹终点。

当步骤4采用向量夹角作为约束条件定义分割规则时，分割的过程如下：

（a）、从轨迹起点开始，将向量P₁P₂作为起始的参照向量第一个轨迹点作为一个分割区间的起点，同时定义i=2。

（b）、计算轨迹点P_i的向量夹角，P_i的向量夹角即向量与向量P_iP_i+1的夹角。通过计算该向量夹角的余弦值，获得对应的角度大小。

（c）、分析轨迹点P_i是否符合分割规则。其向量夹角是否在设定的阈值变化范围内，并且需要满足单调变化。

若是该轨迹点的向量夹角满足约束条件，并且向量夹角的值与目前分割区域中先前的角度保持单调递增或者单调递减的，那么将其加入到目前的分割区间，同时i=i+1，跳转到步骤b。

若是该轨迹点的向量夹角超出了阈值范围、或向量夹角仍在阈值范围内，但是与该分割区域内角度不满足单调变化的，即不满足约束条件，将该轨迹点P_i作为新的一个分割区间的起点，设定P_iP_i+1新的分割区间的参照向量而前一个轨迹点P_i-1作为上一个分割区间的终点。若是前一轨迹点P_i-1为白色型轨迹，则设定新的这个分割起点P_i及其后面的所有轨迹点为剖面线型轨迹；若是前一轨迹点P_i-1为剖面线型轨迹，则设定新的这个分割起点P_i及其后面的所有轨迹点为白色型轨迹。接着i=i+1，跳转到步骤b。

（d）执行上述步骤，直到到达轨迹终点。