[发明专利]一种基于四边形骨架结构的静态手势特征描述方法

摘要

本发明公开的一种基于四边形骨架结构的静态手势特征描述方法，首先通过肤色区域检测获得静态手势区域的二值模板；然后，根据该二值模板构建外接矩形，并将该外接矩形等分为四个子矩形；并分别在四个子矩形中寻找落在其内部的二值模板像素点集的质心，连接四个质心构造一个能够反映不同手势的四边形骨架；之后，提取该四边形骨架的六个周长比，四个角周比和四个矩形度作为描述特征量，对该描述特征量进行归一化处理，形成14维的特征向量，用于表示不同的静态手势。本发明方法不仅能够给出区分常用手势的特征，而且能给出区分复杂静态手势的特征，并能满足实时处理的要求，提高复杂手势的识别正确率。

主权项

1.一种基于四边形骨架结构的静态手势特征描述方法，通过肤色检测获得静态手势的二值模板，对该二值模板构造四边形骨架结构，然后，提取四边形骨架结构的14个具有缩放不变性的特征量，并对该特征量进行归一化处理，用以对不同的手势进行描述，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：提取拍摄的静态手势视频帧画面中的手势区域采用现有的肤色检测方法，将RGB色系下拍摄得到的视频帧画面中的手势区域根据以下公式转换到YIQ色系，生成该手势区域的二值模板：$\left[\begin{array}{c}Y\\ I\\ Q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.299& 0.587& 0.114\\ 0.596& -0.275& -0.321\\ 0.212& -0.515& 0.311\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]$ r=\frac{R}{255},$ g=\frac{G}{255},$ b=\frac{B}{255}.式中，R、G、B分别为图像的红色、绿色、蓝色通道的三基色值，r、g、b分别表示RGB色系下归一化后的三基色值，Y、I、Q分别表示转换到YIQ色系后图像的亮度、色调和饱和度；步骤2：根据手势二值模板构建手势四边形骨架结构根据步骤1得到的静态手势的二值模板，构建静态手势的四边形骨架结构，具体构建步骤如下：1)找出静态手势二值模板的四个边界像素点，根据该四个边界像素点构建一个外接矩形，锁定手势区域，2)将步骤1)构建的外接矩形均分为四个子矩形，3)按以下公式分别求取步骤2)得到的四个子矩形区域内包含的静态手势部分的质心，质心的计算公式为：$ x_m=\frac{1}{N_S}·\underset{(x,y\in S)}{\Sigma }x,$ y_m=\frac{1}{N_S}·\underset{(x,y\in S)}{\Sigma }y;式中，S表示连通域，即子矩形中的部分手势所构成的区域，NS表示连通域内像素的个数，(xm，ym)为质心的坐标，以确定的四个质心为顶点，依次连接构成一个四边形，该四边形即为静态手势的骨架结构；步骤3：提取静态手势四边形骨架结构的特征1)分别求取步骤2构建的四边形骨架结构的边周比、角周比、矩形度边周比根据两点间距离公式$ \mathrm{dist}=\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2}分别计算出步骤2得到的四边形的四条边和两条对角线的长度，按逆时针，分别求取各线段的长度分别与四边形的周长Cs的比值，生成以下六个特征量：f1＝AB/Cs；f2＝BC/Cs；f3＝CD/Cs；f4＝DA/Cs；f5＝AC/Cs；f6＝BD/Cs；式中，AB、BC、CD、DA分别为按逆时针四边形各边的长度，AC、BD分别是四边形两对角线的长度，角周比根据余弦定理逆时针分别计算出四边形四个顶角的值，各顶角的值与四边形内角和的比生成以下四个特征量：f7＝\angle A/360；f8＝\angle B/360；f9＝\angle C/360；f10＝\angle D/360；式中，\angle A、\angle B、\angle C、\angle D分别表示四边形四个顶角的值，矩形度分别计算各子矩形内手势部分连通域面积ASi与各子矩形面积ARi的比值，形成以下四个特征量：f11＝AS1/AR1；f12＝AS2/AR2；f13＝AS3/AR3；f14＝AS4/AR4；式中，AS1、AS2、AS3、AS4分别表示各子矩形内手势部分的连通域面积，AR1、AR2、AR3、AR4分别表示各子矩形的面积，2)对上面得到的14个特征量进行归一化处理，即计算各特征量的特征量和$ \mathrm{sum}=\underset{i=1}{\overset{14}{\Sigma }}{f}_i,然后，将各特征量用f\prime i＝fi/sum代替，所获得的归一化后的14个特征构成一个14维的特征向量，用以表示不同的静态手势。$$$$$$$$