CN102521579B - 一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统 - Google Patents
一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统,所述方法包括:获取包括人在内的视频图像,并划定手部检测区域;对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓;将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域,提取包围手部轮廓最小的长方形中心,构建历史运动图;对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作,本发明方法算法简单,动作识别率高,同时也减少了用户记忆的负担。
Description
技术领域
本发明涉及计算机视频图像处理技术领域,尤其涉及的是一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统。
背景技术
目前基于计算机视觉技术的人机交互由最初的文本交互到键盘鼠标,再到触摸和隔空操作进行交互,最终朝着友好简易自然的方向发展着,目前在二维平面下的人机交互中,人们大多采用一种静态固定姿势来表示确认或者进入,此方法虽然有一定的优点,但是现有技术的采用静态固定姿势来表示确认或者进入,操作非常不方便,不够自然,加大了用户对各种固定姿势的记忆负担,并且现有技术的二维平面下的人机交互普遍存在算法复杂,动作识别效率不高的问题。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统,提出了一种新的更合适用户操作习惯的人机交互方法,本发明方法算法简单,动作识别率高,在自然性上很大程度上有所提高,同时也减少了用户记忆的负担,使得用户能在二维平面下也能很好的有深度感觉。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,包括步骤:
A、通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并在所述视频图像划定手部检测区域;
B、利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标;
C、将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;
D、提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图;
E、对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤A具体包括:
A1、开启并调整视频图像采集装置,获取包括人在内的视频图像;
A2、通过Adaboost和haar特征算法对输入的所述视频图像的人脸区域进行快速人脸检测,并将人脸大小以及位置信息提取出来;
A3、并在人脸的其中一侧划分一块手部检测区域。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤B中的利用肤色信息分割手部得到完整手部的运动目标具体包括:
B11、将视频图像的RGB图像系列转换到YCbCr空间,对于RGB图像与YCbCr空间之间的转换如下:
B12、当一个像素点的Cb和Cr值同时满足:133≤Cr≤173和77≤Cb≤127则该像素点被判定为具有皮肤色;
B13、根据被判定为具有皮肤色的像素点的集合分割出所述手部。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤B中的划分出当前手部轮廓具体包括:
B21、对分割出的手部区域进行二值化处理;
B22、采用形态学中的腐蚀运算,将进行二值化处理的手部区域中的孤立的小区域去除掉;
B23、采用膨胀运算将其中的小间隙填充,消除噪声,同时将面积过小连通区域去掉,并获取其相应的轮廓划分出当前手部轮廓,得到完整的运动目标。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤C具体包括:
C1、预先提取标准的推的手部动作二值化模版,获取相应的标准手部轮廓;
C2、将所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓做比较,判别是否正在进行手部推的动作;
C3、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度大于一预定阈值时,则认定为正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤C3之后还包括:
C4、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度小于所述预定阈值时,则认定为当前没有手部推的动作或者是当前动作不标准。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤D具体包括:
D3、以O1与O2为公共中心重合点O进行叠加,叠加公式如下:
其中为一预定值;
D4、重复步骤D2和D3,直到所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度小于预定阈值T,则认定为当前没有手部推的动作或者是当前动作不标准时结束叠加,则完成历史运动图的建立。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述步骤E具体包括:
E 6、设置一预定阈值,如果,则识别为手部推的动作。
所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其中,所述视频图像采集装置为摄像头或摄像机。
一种基于二维平面摄像头推的动作识别系统,其中,包括:
获取与划定模块、用于通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并在所述视频图像划定手部检测区域;
手部轮廓处理模块、用于利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标;
比较与提取模块、用于将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;
历史运动图构建模块、用于提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图;
识别模块、用于对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作。
本发明所提供的基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统,由于采用了在摄像头前使用者手部推的动作在人机交互过程中的作用,通过对人脸部检测和利用肤色信息对手部区域划分,进而通过上述一系列相关处理计算来实现在普通二维摄像头的条件下,能很好的实现推的动作的确认,使得在人机交互过程中更加自然和简便,提升了用户在二维平面下深度感觉;本发明方法算法简单,提高了动作识别效率,同时也减少了用户记忆的负担。
附图说明
图1是本发明基于二维平面摄像头推的动作识别方法较佳实施例的流程图。
图2是本发明实施例中通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像结构示意图。
图3是本发明实施例中基于二维平面摄像头推的动作识别方法的当前手部图。
图4a为本发明实施例中从标准姿势原始图中提取的标准姿势二值化模版图。
图4b为本发明实施例中通过对图4a取轮廓得到标准姿势轮廓图。
图5是本发明实施例中利用方向梯度向量识别动作示意图。
图6是本发明基于二维平面摄像头推的动作识别系统较佳实施例的原理框图。
具体实施方式
本发明所提供的一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统,为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的基于二维平面摄像头推的动作识别方法,如图1所示,主要包括以下步骤:
步骤S110、开启视频图像采集装置如摄像头等,通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并划定手部检测区域。
步骤S120、利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标。
步骤S130、将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域。
步骤S140、提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图。
步骤S150、对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作。
其中所述步骤S110、在具体实施时,参图2所示,包括步骤:
a)、打开摄像头并调整摄像头的高度,使得在人在摄像头范围内,获取包括人体210在内的视频图像200;
b)、通过Adaboost和haar特征算法对输入的视频图像200的人脸区域201进行快速人脸检测,并将人脸大小以及位置信息提取出来;
c)、在人脸的其中一侧如右侧划分一块手部检测区域202。
其中,所述步骤S120在具体实施时包括如下详细步骤:
其中,要在划定的区域内通过肤色来找到人手,则首先应将视频图像200的RGB图像系列转换到YCbCr空间。
YCbCr颜色空间是作为肤色分布统计的映射空间,该空间的优点是受亮度变化的影响较小,而且是两维独立分布,能较好地限制肤色分布区域,而且可以从RGB格式线性变化得到。对于RGB与YCbCr之间的转换如下:
YCbCr颜色空间是常见的肤色检测方法。同时实验测的数据,如果一个像素点的Cb和Cr值同时满足:
1)、133≤Cr≤173
2)、77≤Cb≤127
则该像点被认为具有皮肤色。然后,再根据被判定为具有皮肤色的像素点的集合分割出所述手部。
本发明实施例中,分割出所述手部,找到手部目标后,需划分出当前手部轮廓,具体采用如下方法:
对分割出手部区域进行二值化处理;
采用形态学中的腐蚀运算,将进行二值化处理的手部区域中的孤立的小区域去除掉;
采用膨胀运算将其中的小间隙填充,以消除噪声,同时将面积过小连通区域去掉,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标。
本实施例中,由于通过肤色处理得到的手部区域在二值化后,往往会存在很多孤立的小区域或者是小间隙,所以采用形态学中的腐蚀运算可以将这些孤立的小区域去除掉,然后在用膨胀运算将小间隙填充,这样可以消除一部分的噪声,同时将面积过小连通区域去掉,就能得到完整干净的运动目标。采用此方法得到的手部图如图3所示。
其中所述步骤S130具体采用如下方法:
S131、首先需要预先提取标准的推的手部动作二值化模版,获取相应的标准手部轮廓。如图4a为从标准姿势原始图中提取的标准姿势二值化模版图,通过对图4a取轮廓得到标准姿势轮廓图如图4b;
S132、通过步骤S120中的获取当前手部动作二值化手部图,并获取其相应的轮廓,划分出当前手部轮廓;
S133、将所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓做比较,判别是否正在进行手部推的动作;
S134、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度大于一预定阈值T时,则认定为正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;
S135、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度小于所述预定阈值T时,则认定为当前没有手部推的动作或者是当前动作不标准。
而所述步骤S140在实施例具体如下所述:
历史运动图是一个从视频图像采集装置如摄像头中提取的符合上述条件的手部区域图片中,通过连续的手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值所构成的。也就是说,以一个公共的点为中心,将运动中的之前发生的像素点的值设置为较大,而之后发生的像素点的值将被设置成相对较小,具体过程如下:
S143、以O1与O2为公共中心(重合点O)进行叠加,叠加公式如下:
S144、重复步骤S142和S143,直到不符合步骤S135中的条件(即当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度小于所述预定阈值T时,则认定为当前没有手部推的动作或者是当前动作不标准)下结束叠加,即可完成历史运动图的建立。
进一步地,所述步骤S150中对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作在实施时,参考图5所示,图5为本发明实施例的利用方向梯度向量识别动作示意图,步骤S150的实现具体如下:
g(x,y),代表的是当前(x,y)点位置的灰度值。sobel算子中的3×3邻域的灰度值如下所示:
g[x-1,y-1] | g[x,y-1] | g[x+1,y-1] |
g[x-1,y] | g[x,y] | g[x+1,y] |
g[x-1,y+1] | g[x,y+1] | g[x+1,y+1] |
=( g[x+1,y-1]+2g[x+1,y]+ g[x+1,y+1])-(g[x-1,y-1]+2g[x-1,y]+ g[x-1,y+1]);
其中,Sobel算子(索贝尔算子(Sobel operator))是图像处理中的算子之一,主要用作边缘检测。在技术上,它是一离散性差分算子,用来运算图像亮度函数的梯度之近似值。在图像的任何一点使用此算子,将会产生对应的梯度矢量或是其法矢量。
S153、计算当前位置到重合点O的方向向量,公式如下:
而为当前点(x,y)的归一化的梯度向量。
由上可见,本发明实施例提供一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法,提出了一种新的更合适用户操作习惯的人机交互方法,本发明方法算法简单,动作识别率高,在自然性上很大程度上有所提高,同时也减少了用户记忆的负担,使得用户能在二维平面下也能很好的有深度感觉。
基于上述实施例,本发明实施例还提供了一种基于二维平面摄像头推的动作识别系统,如图6所示,主要包括:
获取与划定模块610、用于通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并在所述视频图像划定手部检测区域;具体如上述步骤S110所述。
手部轮廓处理模块620、用于利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标;具体如上述步骤S120所述。
比较与提取模块630、用于将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;具体如上述步骤S130所述。
历史运动图构建模块640、用于提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图;具体如上述步骤S140所述。
识别模块650、用于对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作;具体如上述步骤S150所述。
其中,所述视频图像采集装置为摄像头或摄像机。由上可见,本发明实施例的基于二维平面摄像头推的动作识别系统,通过手部轮廓处理模块620对人脸部检测和利用肤色信息对手部区域划分,并通过比较与提取模块630判别是否正在进行手部推的动作;并提取正在进行手部推的动作的手部区域,以及通过识别模块650识别手部推的动作,实现了在普通二维摄像头的条件下,能很好的实现推的动作的确认,使得在人机交互过程中更加自然和简便,提升了用户在二维平面下深度感觉,并且算法简单,动作识别率高。
可见,本发明能够在普通的二维摄像头的条件下,能很好的实现推的动作的确认,在人机交互过程中显得更加的自然。
综上所述,本发明所提供的基于二维平面摄像头推的动作识别方法及系统,由于采用了在摄像头前使用者手部推的动作在人机交互过程中的作用,通过对人脸部检测和利用肤色信息对手部区域划分,进而通过上述一系列相关处理计算来实现在普通二维摄像头的条件下,能很好的实现推的动作的确认,使得在人机交互过程中更加自然和简便,提升了用户在二维平面下深度感觉;本发明方法算法简单,提高了动作识别效率,同时也减少了用户记忆的负担。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,包括步骤:
A、通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并在所述视频图像划定手部检测区域;
B、利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标;
C、将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;
D、提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图;
E、对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作。
2.根据权利要求1所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述步骤A具体包括:
A1、开启并调整视频图像采集装置,获取包括人在内的视频图像;
A2、通过Adaboost和haar特征算法对输入的所述视频图像的人脸区域进行快速人脸检测,并将人脸大小以及位置信息提取出来;
A3、并在人脸的其中一侧划分一块手部检测区域。
4.根据权利要求3所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述步骤B中的划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标具体包括:
B21、对分割出的手部区域进行二值化处理;
B22、采用形态学中的腐蚀运算,将进行二值化处理的手部区域中的孤立的小区域去除掉;
B23、采用膨胀运算将其中的小间隙填充,消除噪声,同时将面积过小连通区域去掉,并获取其相应的轮廓划分出当前手部轮廓,得到完整的运动目标。
5.根据权利要求1所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述步骤C具体包括:
C1、预先提取标准的推的手部动作二值化模版,获取相应的标准手部轮廓;
C2、将所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓做比较,判别是否正在进行手部推的动作;
C3、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度大于一预定阈值时,则认定为正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域。
6.根据权利要求5所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述步骤C3之后还包括:
C4、当所述当前手部轮廓与所述标准手部轮廓的相似度小于所述预定阈值时,则认定为当前没有手部推的动作或者是当前动作不标准。
8.根据权利要求7所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述步骤E具体包括:
g(x,y),代表的是当前(x,y)点位置的灰度值;
9.根据权利要求1所述基于二维平面摄像头推的动作识别方法,其特征在于,所述视频图像采集装置为摄像头或摄像机。
10.一种基于二维平面摄像头推的动作识别系统,其特征在于,包括:
获取与划定模块,用于通过开启的视频图像采集装置获取包括人在内的视频图像,并在所述视频图像划定手部检测区域;
手部轮廓处理模块,用于利用肤色信息分割手部,并对分割出的手部进行二值化处理获取相应的手部轮廓,划分出当前手部轮廓得到完整手部的运动目标;
比较与提取模块,用于将划分出的当前手部轮廓与预先设定的一标准手部轮廓进行对比,判别是否正在进行手部推的动作;当轮廓相似度大于设定的阈值T时,则认为是正在进行手部推的动作,并提取正在进行手部推的动作的手部区域;
历史运动图构建模块,用于提取包围手部轮廓的长方形中心手部区域图像,以及通过对连续的长方形中心手部区域图像实时分层叠加并赋予不同的值构建历史运动图;
识别模块,用于对建立的历史运动图,利用方向梯度向量识别手部推的动作。
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