[发明专利]一种基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法

权利要求书

1.一种基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立3D人脸模型，确保3D人脸模型的特征点数量与特征点坐标确定单元的输出结果相匹配，并以此3D人脸模型建立头部坐标系；

步骤二、建立相机坐标系，实时采集用户的人脸图像视频数据流，对单帧图像建立图像坐标系；

步骤三、通过特征点坐标确定单位自动定位面部特征点，输出当前帧的特征点坐标，特征点坐标位于图像坐标系；

步骤四、根据特征点坐标确定单位的输出结果，头部姿态确定单元选取特征点与3D人脸模型中的点对应，计算相机坐标系下的俯仰角和偏航角；

步骤五、根据头部姿态确定单元输出的偏航角和俯仰角，利用角度-坐标转换单元记录第一次的输出的偏航角和俯仰角为初始位置，使当前角度对应至显示器上的中心点，计算角度的差值乘一个系数对应到屏幕的像素点上；

步骤六、移动头部实现非接触式人机交互。

2.根据权利要求1所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：对步骤二中单帧图像进行裁剪、旋转缩放至符合特征点坐标确定电源的输入要求。

3.根据权利要求2所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述特征点包括左右眼内眼角、鼻梁、鼻尖、下巴点。

4.根据权利要求3所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述俯仰角和航偏角的角度范围为-90~90度。

5.根据权利要求4所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述俯仰角的绝对值大于25度或偏航角的绝对值大于40度时，不进行角度-坐标转换，所述转换的公式为：

其中，x， y为图像坐标系下特征点的坐标，U， V，W为头部坐标系的特征点坐标，R为旋转矩阵，T为平移向量，f_x， f_y， c_x，c_y为相机畸变参数。

6.根据权利要求5所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述图像坐标系下特征点的坐标的计算公式为：

其中：k为系数，yaw_s为初始位置的偏航角，yaw_n为当前位置的偏航角，pitch_s为初始位置的俯仰角，pitch_n为当前位置的俯仰角。

7.根据权利要求6所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述k值的大小与显示器的尺寸成正相关。

8.根据权利要求7所述的基于头部姿态实现非接触式人机交互的方法，其特征在于：所述方法还包括：根据用户面部图像中特征点的变化，计算用户头部是否俯仰过度；若判定为俯仰过度，则对移动光标动作进行锁定。