基于Procam交互系统的自然手势识别方法研究

【摘要】人机交互系统指支持人和计算机直接进行交互通信的系统,主要是为了达到人机之间的信息传递以提高计算机系统的友善性和效率。随着计算机技术快速的发展,人机交互技术日新月异,而建立自然的、和谐的、人性化的、智能化的人机界面已经成为新一代人机交互研究的核心目标。本文所涉及的投影仪-摄像机(Projector-camera,Procam)系统就是通过融合先进的计算机视觉技术、投影显示技术、模式识别技术和人工智能等技术,采用投影仪作为输出设备,摄像机作为输入设备来营造浸入式交互体验的一种新型多媒体人机交互平台,其中手势动作作为人机交互的一种全新模式,实现了更自然的交互。基于Procam的人机交互系统目前的研究与发展存在很多难题,比如投影仪会投射出比较极端的光线,复杂光照会给手势检测定位带来严重干扰,同时人手形态多变,表面颜色均匀,可利用的纹理信息少,难以提取特征,识别算法运算量大无法满足实时性要求等。主要针对以上技术难题,以及Procam系统相比于其他交互系统的特殊性,提出采用光照补偿和椭圆肤色模型分割手势,多特征结合实现分步手势识别的过程。首先,对Procam系统进行标定。通过分析摄像头的成像原理,并在考虑其一阶径向畸变和切向畸变的基础上,实现基于OpenCV的棋盘格摄像机标定法。建立两者之间的映射模型,最后采用射影变换算法对投影摄像系统进行了几何标定,为系统的后续过程提供了基础。然后,实现复杂投影光线下的裸手检测。首先采用光照补偿的办法对手势图像进行色偏校正,以实现后续肤色分割的准确性,然后利用肤色分割技术对手势区域进行分割,并通过对比实验验证不同方法的鲁棒性和实时性。接着,手势特征的提取和识别。按照分步识别的思想,对手势先进行判断,选出有效手势。然后按照特征提取的计算量从小到大依次识别,足够判定手势之后就不用再计算其他特征,提高了效率；同时对于单一特征不足以确保判断可靠性的情况,需要联合其他特征一起判断。最后,系统的实现。通过硬件和软件实验环境的搭建,对提出的方法进行实验验证。
【作者】罗信；
【导师】吴黎明；
【作者基本信息】广东工业大学，精密仪器与机械，2014，硕士
【关键词】人机交互；投影仪-摄像机；光照补偿；手势识别；

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