基于近紅外視覺(jué)的動(dòng)態(tài)手勢(shì)交互系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)的普及和投影儀的廣泛使用，投影環(huán)境下的人機(jī)交互方式成為新的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的交互方式如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)相比，直接用手作為輸入自然、簡(jiǎn)潔、直接且表意豐富。在投影環(huán)境下，使用基于視覺(jué)的手勢(shì)交互方式還具有成本低廉、部署方便的優(yōu)點(diǎn)。基于視覺(jué)的手勢(shì)交互利用攝像頭對(duì)手勢(shì)進(jìn)行非接觸式的捕獲，是一種自然的交互方式。但是，基于視覺(jué)的方法容易受到背景變化、環(huán)境光照變化等影響。在投影環(huán)境下，如果使用基于可見(jiàn)光成像方法，投影光會(huì)造成背景復(fù)雜，手勢(shì)表觀也會(huì)受

2、其嚴(yán)重影響，對(duì)手勢(shì)圖像的分析非常復(fù)雜，很難保證交互系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。而在近紅外視覺(jué)條件下，由于投影儀與近紅外圖像采集設(shè)備工作在不同的光波長(zhǎng)范圍，因此投影光對(duì)手勢(shì)成像沒(méi)有直接影響，并且背景也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)手勢(shì)圖像的分析難度不大，有望實(shí)現(xiàn)投影環(huán)境下基于視覺(jué)的實(shí)時(shí)人機(jī)交互。
　　 本文首先對(duì)攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化分析，然后完成了基于近紅外視覺(jué)的攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)基于近紅外視覺(jué)的手勢(shì)交互系統(tǒng)所涉及的基于視覺(jué)

3、的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法和手勢(shì)分析算法進(jìn)行了探索。研究成果包括：⑴攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。提出了將攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)分成圖像采集模塊、幾何標(biāo)定模塊、手勢(shì)區(qū)域提取模塊、手勢(shì)分析模塊、手勢(shì)軌跡識(shí)別模塊、交互界面接口模塊六大模塊的設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)模塊的功能及模塊之間的協(xié)調(diào)方式進(jìn)行了定義。⑵攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)幾種圖像采集設(shè)備獲取的圖像特性進(jìn)行分析，確定了使用基于近紅外視覺(jué)方法的實(shí)驗(yàn)方案。提出了一種將主動(dòng)式采集和被動(dòng)

4、式采集結(jié)合起來(lái)的圖像采集設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)制作了陣列式近紅外光源。⑶基于自適應(yīng)更新窗口的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法。通過(guò)對(duì)常用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取算法的理解，結(jié)合攝像機(jī)-投影儀交互系統(tǒng)中手勢(shì)運(yùn)動(dòng)的特殊性，提出了一種基于自適應(yīng)更新窗口的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了在近紅外視覺(jué)下對(duì)運(yùn)動(dòng)手勢(shì)的快速分割。⑷基于手勢(shì)形狀表示的改進(jìn)型Neural Gas算法。探索了基于自組織特征映射的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在手勢(shì)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表示中的應(yīng)用，根據(jù)手勢(shì)形狀的特殊性對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，并