CN103092334A - 虚拟鼠标驱动装置及虚拟鼠标仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种虚拟鼠标驱动装置及虚拟鼠标仿真方法。该虚拟鼠标仿真方法，用于一虚拟鼠标驱动装置。该方法包括：持续地撷取多数张输入影像；由这些输入影像中辨识出一手指区域；检测该手指区域的一特定事件；以及依据该特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。

Description

虚拟鼠标驱动装置及虚拟鼠标仿真方法
技术领域
本发明属于虚拟鼠标系统，特别是一种通过辨识单手手势或辨识选定目标对象的动作以仿真鼠标(mouse)的使用方式的虚拟鼠标驱动装置及虚拟鼠标仿真方法。
背景技术
现今许多电子装置，例如个人计算机或机上盒，均包括键盘及鼠标，用以作为使用者输入接口。使用者只需按下鼠标按键或移动鼠标，即可输入不同的指令以控制计算机上的应用程序。然而，对使用者来说，在外出时携带键盘或鼠标是相当不便的。因此，需要一种虚拟鼠标驱动装置以让使用者在没有携带鼠标的情况下仍能操控虚拟鼠标以控制应用程序。
发明内容
本发明提供一种虚拟鼠标驱动装置，包括：一影像撷取装置，用以持续地撷取多数张输入影像；一影像处理单元，用以由输入影像中辨识出一手指区域；一事件辨识单元，用以检测手指区域的一特定事件；以及一命令处理单元，用以依据特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
本发明更提供一种虚拟鼠标仿真方法，用于一虚拟鼠标驱动装置。该方法包括：持续地撷取多数张输入影像；由输入影像中辨识出一手指区域；检测手指区域的一特定事件；以及依据特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
本发明更提供一种虚拟鼠标驱动装置，包括：一影像撷取装置，用以持续地撷取多数张输入影像；一影像处理单元，用以由这些输入影像中产生对应的一背景图，并分别对这些输入影像及该背景图中的像素进行比较，以取得一粗略轮廓，其中该影像处理单元并依据该粗略轮廓以产生一目标对象轮廓，并据以标记一目标对象；一事件辨识单元，用以检测该目标对象的一特定事件；以及一命令处理单元，用以依据该特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
本发明更提供一种虚拟鼠标仿真方法，包括：持续地撷取多数张输入影像；由这些输入影像中产生对应的一背景图；分别对输入影像及背景图中的像素进行比较，以取得一粗略轮廓；依据粗略轮廓以以产生一目标对象轮廓，并据以标记一目标对象；检测该目标对象的一特定事件；以及依据特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
根据本发明提供的技术方案，使得使用者在没有携带鼠标的情况下仍能操控虚拟鼠标以控制应用程序。
附图说明
图1是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标驱动装置100的方块图。
图2是显示依据本发明一实施例的指尖检测夹角的示意图。
图3A～3C是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标事件判断的示意图。
图4是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标仿真方法的流程图。
图5A～5D是显示依据本发明另一实施例的虚拟鼠标事件判断的示意图。
图6是显示依据本发明另一实施例的虚拟鼠标仿真方法的流程图。
附图标号：
100～虚拟鼠标驱动装置；
110～影像撷取装置；
120～影像处理单元；
121～肤色检测单元；
122～肤色边缘检测单元；
123～对象检测单元；
130～事件辨识单元；
140～命令处理单元；
150～目标对象。
具体实施方式
图1是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标驱动装置100的方块图。虚拟鼠标驱动装置100包括一影像撷取装置110、一影像处理单元120、一事件辨识单元130以及一命令处理单元140。影像撷取装置110用以持续地撷取多数张输入影像。举例来说，影像撷取装置110可为一视频摄影机(video camera)、智能型手机等装置，通过USB、IEEE 1394、HDMI、Wifi等有线或无线接口(非限定)以耦接至影像处理单元120。影像处理单元120用以接收来自影像撷取装置110的输入影像，并进行相关的影像处理(详述于后)以辨识使用者的惯用手(单手)及单手手指区域(例如对应的左右键)。事件辨识单元130依据由影像处理单元120所辨识出的单手手指区域(后述实施例称为手指区域)，检测该手指区域是否有特定事件(例如移动或按下按键)。命令处理单元140接收由事件辨识单元130所检测的特定事件，进而将特定事件转换为虚拟鼠标的控制指令。值得注意的是，本发明的影像撷取装置110可采用市面上一般的视频摄影机进行操作，亦可采用其它高阶摄影机或三维摄影机。
影像处理单元120包括一肤色检测单元(skin detection unit)121、一肤色边缘检测单元(skin edge detection unit)122以及一对象检测单元(object detection unit)123。肤色检测单元121由输入影像中辨识人体皮肤区域，因人体皮肤的颜色具有一定的色域范围，故肤色检测单元121可判断在输入影像中具有该色域的皮肤区域。肤色边缘检测单元122接收来自肤色检测单元的皮肤区域，并据以判断皮肤区域边缘。在一实施例中，肤色边缘检测单元122采用Canny边缘检测(Canny Edge Detection)算法等已知技术，用以判断皮肤区域边缘，其细节不在此详述。
对象检测单元123接收来自肤色边缘检测单元122所产生的皮肤区域边缘，并由上述皮肤区域边缘上的各个像素(起始点)向其两侧各延伸一预定距离(例如25个像素)以取得2个端点，对象检测单元123并计算各起始点及其2个端点的夹角，以据以得到该夹角余弦(cosine)值。对象检测单元123再将各像素所对应的余弦值进行分类，以找出所需的特征点的位置。举例来说，在手指指尖的像素，其对应的夹角应小于其它相邻像素所对应的夹角，意即手指指尖的像素所对应的夹角余弦值为一区域最大值(local maximum)，如图2所示。经由上述步骤，对象检测单元123可分析出皮肤区域中的指尖点及两指尖点中间的峰谷点(valley point)。值得注意的是，对象检测单元123所分析出的两个指尖点可为任两只相邻的手指(例如食指及中指、或中指及无名指)，且其对应的虚拟鼠标按键(例如左键及右键)可由使用者所事先设定。经由上述流程，对象检测单元123可得知输入影像中是否有可供虚拟鼠标使用的手指区域，若有，则事件辨识单元130更进一步判断手指区域的动作；若无，影像处理单元120则持续检测输入影像。
图3A～3C是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标事件判断的示意图。如图3A所示，当事件辨识单元130接收到由影像处理单元120所产生的手指区域，事件辨识单元130依据手指区域以决定一基准位置，当手指区域中代表左键或右键的手指有按下的动作时，事件辨识单元130可辨识出手指是点选左键或是右键，分别如图3B及图3C所示。事件辨识单元130亦可检测手指区域是否有滚动滚轮的动作(例如上卷/下卷)。事件辨识单元130更可计算输入影像中的相邻影像的差值，并判断由手指区域所产生的边缘点(edge point)的数量是否大于一预定阀值，若是，则可得知使用者目前移动虚拟鼠标，若否，则虚拟鼠标不进行动作。对于所检测到的虚拟鼠标的按键事件及移动动作，事件辨识单元130可发出对应的控制信号至一处理单元(例如CPU，图1未绘示)，藉以控制显示画面上的鼠标光标(cursor)以进行操作。值得注意的是，本发明仅需检测单手手指区域即可操作虚拟鼠标。另外，在本发明中的控制虚拟鼠标的动作可为单击左键、单击右键、双击左键、双击右键、滚轮上卷/下卷、点击拖曳等，但本发明不限于此。
图4是显示依据本发明一实施例的虚拟鼠标仿真方法的流程图。在步骤S400，影像撷取装置110持续地撷取多数张输入影像。在步骤S410，影像处理单元120辨识单手的皮肤区域及指尖点，以取得对应的手指区域。在步骤S420，影像处理单元130判断是否检测到手指区域，若是，则执行步骤S430以进一步判断事件，若否，则回到步骤S400，持续撷取输入影像。在步骤S430，事件辨识单元130计算输入影像中的相邻影像的差值，并判断手指区域所产生的边缘点的数量是否大于一预定值，若是，事件辨识单元130决定手指区域处于一移动动作，若否，事件辨识单元130则决定手指区域为静止。换句话说，无论手指区域是否为静止，事件辨识单元130均可检测到手指区域的移动动作。在步骤S440，事件辨识单元130检测手指区域的按键动作(例如点选左键/右键或滚轮上卷/下卷等动作)。在步骤S450，对于所检测到的虚拟鼠标的特定事件(例如按键动作及/或移动动作)，命令处理单元140将特定事件转换为虚拟鼠标的控制指令，藉以控制显示画面上的虚拟鼠标光标以进行操作，并回到步骤S400以持续检测输入影像。值得注意的是在图4中的步骤S440中，事件辨识单元130亦可依据相邻影像的差值，以检测手指区域的按键动作。
在另一实施例中，影像处理单元120中的对象检测单元123更可依据输入影像以产生对应的一背景图(如图5A所示)，且可分别对输入影像及背景图中的像素进行比较，以取得目标对象的粗略轮廓。本发明建立背景图的用意在于做为一基准影像，当基准影像中的部分背景被去除时，对象检测单元123仍可正确地判断对象。对象检测单元123再对移动对象的粗略轮廓进行噪声去除处理(Noise reduction process)以及判断其连通成份(Connectedcomponent)以得到较为精确的移动对象轮廓。举例来说，对象检测单元123可使用低通滤波器，例如是均值滤波器(Mean filter)、中值滤波器(Median filter)或高斯滤波器(Gaussianfilter)等等，以滤除移动对象轮廓的噪声，例如高斯噪声(Gaussian noise)或盐和胡椒噪声(Pepper and salt noise)等。对象检测单元123判断对象的连通成份使用数据结构中的堆栈(stack)原理，对象检测单元123每次将与目前像素相邻且同属于同色点坐标的像素放入堆栈中，并同时记录最大及最小区域，并将已放入堆栈的像素点改为非同色像素，以避免重复处理，并反复循环处理所有的同色点。
事件辨识单元130依据对象检测单元123所判断的目标对象150，以取得其二维坐标，并标记目标对象150，意即使用目标对象150的一角做为基准位置(如图5B所示)。事件辨识单元130更判断目标对象150的移动情况，以得知使用者进行何种动作(例如上移/下移/左移/右移、点击、双击)，并产生对应的特定事件信号。接着，命令处理单元140将由事件辨识单元130所检测的特定事件转换为虚拟鼠标的控制指令。举例来说，以图5C为例，事件辨识单元130判断目标对象150往右方移动。以图5D为例，事件辨识单元130判断目标对象150的动作为上下敲两下，意即点选左键。本领域的技术人员当了解，目标对象150的形状并非只限制于长条状，本发明可使用各种形状的任意对象做为控制虚拟鼠标的目标对象。
图6是显示依据本发明另一实施例的虚拟鼠标仿真方法的流程图。在步骤S600，影像撷取装置110是持续地撷取多数张输入影像。在步骤S610，对象检测单元123是依据输入影像以产生对应的一背景图，并分别对输入影像及背景图中的像素进行比较，以取得一目标对象及对应的一粗略轮廓。在步骤S620，对象检测单元123是对目标对象的粗略轮廓进行噪声去除处理以及判断其连通成份以产生目标对象轮廓。在步骤S630，事件辨识单元130是依据目标对象轮廓以取得目标对象的二维坐标并标记目标对象。在步骤S640，事件辨识单元130是检测目标对象的特定事件(例如上移/下移/左移/右移、点击、双击)，并依据所检测到的特定事件以产生对应的特定事件信号。在步骤S650，命令处理单元140是将特定事件信号转换为对应的虚拟鼠标的控制指令，藉以在显示画面上控制虚拟鼠标。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用以辅助专利文件搜寻之用，并非用以限制本发明的权利范围。

Claims (20)

1.一种虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述虚拟鼠标驱动装置包括：
一影像撷取装置，用以持续地撷取多数张输入影像；
一影像处理单元，用以由所述这些输入影像中辨识出一手指区域；
一事件辨识单元，用以检测所述手指区域的一特定事件；以及
一命令处理单元，用以依据所述特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
2.如权利要求1所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述影像处理单元由所述这些输入影像中检测出一皮肤区域，并据以产生一皮肤边缘区域，且所述影像处理单元更计算所述皮肤边缘区域中的各像素及其两侧延伸一预定距离的2个端点的一夹角，并分别计算所述夹角所对应的一夹角余弦值，并据以产生所述手指区域。
3.如权利要求2所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述事件辨识单元计算所述这些输入影像中的每2张相邻影像所对应的一差值，并依据所述差值及所述手指区域以由所述这些相邻影像中取得多个边缘点，所述事件辨识单元更判断所述这些边缘点的一数量是否大于一预定阀值，若是，所述事件辨识单元判断所述手指区域处于一移动动作，若否，所述事件辨识单元判断所述手指区域为静止。
4.如权利要求3所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述事件辨识单元更判断所述手指区域中的一左键手指或一右键手指是否有一按键动作，其中所述特定事件包括所述移动动作及/或所述按键动作，且所述事件辨识单元更依据所述按键动作及所述移动动作以产生对应的一特定事件信号。
5.如权利要求4所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述命令处理单元更将所述特定事件信号转换为所述虚拟鼠标控制指令。
6.一种虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，用于一虚拟鼠标驱动装置，所述虚拟鼠标仿真方法包括：
持续地撷取多数张输入影像；
由所述这些输入影像中辨识出一手指区域；
检测所述手指区域的一特定事件；以及
依据所述特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
7.如权利要求6所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，辨识所述手指区域的步骤更包括：
由所述这些输入影像中检测出一皮肤区域；
依据所述皮肤区域以产生一皮肤边缘区域；
计算所述皮肤边缘区域中的各像素及其两侧延伸一预定距离的2个端点的一夹角，并分别计算所述夹角所对应的一夹角余弦值；以及
依据所述夹角余弦值以产生所述手指区域。
8.如权利要求7所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，检测所述手指区域的所述特定事件的步骤更包括：
计算所述这些输入影像中的每2张相邻影像所对应的一差值；
依据所述差值及所述手指区域以由所述这些相邻影像中取得多个边缘点；
判断所述这些边缘点的一数量是否大于一预定阀值；
若是，判断所述手指区域处于一移动动作；以及
若否，判断所述手指区域为静止。
9.如权利要求8所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，检测所述手指区域的所述特定事件的步骤更包括：
判断所述手指区域中的一左键手指或一右键手指是否有一按键动作，其中所述特定事件包括所述移动动作及/或所述按键动作；以及
依据所述按键动作及所述移动动作以产生对应的一特定事件信号。
10.如权利要求9所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，所述虚拟鼠标仿真方法更包括：
将所述特定事件信号转换为所述虚拟鼠标控制指令。
11.一种虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述虚拟鼠标驱动装置包括：
一影像撷取装置，用以持续地撷取多数张输入影像；
一影像处理单元，用以由所述这些输入影像中产生对应的一背景图，并分别对所述这些输入影像及所述背景图中的像素进行比较，以取得一粗略轮廓，其中所述影像处理单元并依据所述粗略轮廓以产生一目标对象轮廓，并据以标记一目标对象；
一事件辨识单元，用以检测所述目标对象的一特定事件；以及
一命令处理单元，用以依据所述特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
12.如权利要求11所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述影像处理单元对所述粗略轮廓进行一噪声去除处理及判断其连通成份以产生所述目标对象轮廓，并据以标记所述目标对象及对应的一二维坐标。
13.如权利要求12所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，事件辨识单元依据所述二维坐标的变化以判断所述特定事件，并依据所述特定事件以产生对应的一特定事件信号。
14.如权利要求13所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述特定事件为上移、下移、左移、右移、单击及/或双击。
15.如权利要求13所述的虚拟鼠标驱动装置，其特征在于，所述命令处理单元更将所述特定事件信号转换为所述虚拟鼠标控制指令。
16.一种虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，所述虚拟鼠标仿真方法包括：
持续地撷取多数张输入影像；
由所述这些输入影像中产生对应的一背景图；
分别对所述这些输入影像及所述背景图中的像素进行比较，以取得一目标对象的一粗略轮廓；
依据所述粗略轮廓以产生一目标对象轮廓；
依据所述目标对象轮廓以标记所述目标对象；
检测所述目标对象的一特定事件；以及
依据所述特定事件以产生对应的一虚拟鼠标控制指令。
17.如权利要求16所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，标记所述目标对象的步骤更包括：
对所述粗略轮廓进行一噪声去除处理及判断其连通成份以产生所述目标对象轮廓；以及
依据所述目标对象轮廓以标记所述目标对象及对应的一二维坐标。
18.如权利要求16所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，检测所述目标对象的所述特定事件的步骤更包括：
依据所述二维坐标的变化以检测所述特定事件；以及
依据所述特定事件以产生对应的一特定事件信号。
19.如权利要求18所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，所述特定事件为上移、下移、左移、右移、单击及/或双击。
20.如权利要求18所述的虚拟鼠标仿真方法，其特征在于，所述虚拟鼠标仿真方法更包括：
将所述特定事件信号转换为所述虚拟鼠标控制指令。
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