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基于手势的人机交互和指尖检测算法的研究

作　者: 梅萍华
导　师: 李斌
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 电路与系统
关键词: 运动目标检测指尖检测径向对称变换肤色判别
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 320次
引　用: 2次
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内容摘要

传统的人机交互局限于键盘、鼠标和操纵杆的应用,在界面的友好性和自然性上已经不能满足人们的要求。基于视觉的手势交互利用摄像头获取人手运动的图像序列,通过提取手部特征,识别手势和手指运动轨迹,并作出相应的回应实现人与计算机交互。该技术融合了图像处理、机器视觉和模式识别等学科的相关技术,是目前研究的一个热点。另外,基于手势的交互在手语识别、游戏控制、智能家居等领域都有着非常广阔的应用前景。指尖的检测与提取是基于手指交互系统的关键。目前,国内外很多学者已经提出了很多方法用于指尖的检测,但几乎没有算法能够适应全部的场景。背景的动态多样性和指尖运动的随机性等特点,使得指尖的精确定位仍然是一项非常有挑战性的工作。指尖检测属于运动目标检测范畴,而运动信息和肤色信息是其中两个非常重要的特征。本文深入研究了基于肤色的检测、基于背景消减和帧间差分的目标分割方法,并将各种算法在理论上和实验上都进行了对比:基于背景消减的方法重点在于背景模型的更新,是最简单有效的方法之一;帧差法的动态适应能力较强,在目标运动过慢时算法失效;肤色是人手区别于其他物体的特征,但对光照过于敏感。在此基础上,本文主要研究基于指尖形状特征的检测:基于区域分析(模板)和基于轮廓分析的方法。两种算法都是在目标分割的基础上进行,因此检测的精度与分割效果密切相关。基于区域的方法定义了一个指尖模板,通过匹配来实现指尖的检测,对前景区域中出现的空洞比较敏感;基于轮廓的方法通过比较曲率的大小来判断指尖的位置,阈值如设置不当,很容易将两个手指连接处物判为指尖。本文提出了基于改进的径向对称变换(Radial Symmetry Transform)的指尖检测算法,随后将变换所得的结果利用肤色进行判别,得到定位最终的指尖位置。由于直接在原始的图像序列上进行操作,不需要考虑目标的分割问题。改进后的径向对称变换算法对光照的鲁棒性大大增强,并且能够达到实时。实验结果表明,该方法用于指尖检测是有效可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景和意义  8-10
  1.2 国内外相关研究现状  10-13
  1.3 本文主要工作和内容组织  13-15
第二章指尖检测算法概述  15-25
  2.1 图像预处理  15-17
  2.2 目标分割  17-23
  2.3 目标识别  23
  2.4 目标跟踪  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章基于区域分析的指尖检测算法  25-32
  3.1 手指形状特征  25-26
  3.2 改进的图像差分法  26
  3.3 指尖检测识别  26-28
  3.4 实验结果与分析  28-30
  3.5 本章小结  30-32
第四章基于轮廓的指尖检测识别  32-39
  4.1 边缘检测  32-34
  4.2 轮廓提取  34-35
  4.3 基于轮廓曲率的指尖检测  35-36
  4.4 实验结果与分析  36-38
  4.5 本章小结  38-39
第五章基于改进的径向对称变换算法的实时指尖检测  39-49
  5.1 径向对称变换（RST）算法  39-41
  5.2 基于径向对称变换和肤色的指尖检测  41-43
  5.3 实验结果与分析  43-48
  5.4 本章小结  48-49
第六章总结与展望  49-51
参考文献  51-54
致谢  54

基于手势的人机交互和指尖检测算法的研究

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