CN107589628A - 一种基于手势识别的全息投影装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于手势识别的全息投影装置及其工作方法,所述的装置包括计算机、显示屏、摄像头和倒金字塔投影仪,所述的计算机通过数据线与摄像头和显示屏连接;所述的显示屏水平放置,所述的倒金字塔投影仪通过支架垂直安装在显示屏上,所述的方法包括基于OpenCV的手势识别和基于多线程的综合信息处理。本发明旨在打破传统的二维平面展示信息,通过OpenGL三维建模,利用现有的全息投影技术,将模型在三维空间展示出来;并且通过OpenCV手势识别,实现控制三维模型旋转和缩小放大等功能,可用于问题展示、流程分析讨论、展会的三维图像的展示互动等方面,给人们的生活办公带来全新、直观、立体的体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种手势识别技术,特别是一种基于手势识别的全息投影技术。
背景技术
随着科技的发展,越来越多的高新科技映入眼帘,3D眼镜、VR、AR等等眼镜的诞生打破了传统的二维成像,但是这些仪器都离不开眼镜的使用。为了实现人机交互功能,传统的手势识别是根据佩戴在手上的跟踪器实现手与机器的连通,但是佩戴起来都很不方便。全息投影摆脱了眼镜的佩戴,应用地点也不再受限制,同时也为人们更清晰地呈现出了3D立体结构,便于人们更好地分析解决问题。
目前这种极富科技感的投影展示方式还未在生活中广泛应用,基于类似原理的投影装置已出现在市面上,但实用性不高,仅仅是可以用于娱乐的玩具。关于全息投影,国内外在很早之前就已经开始研究了,到今天大概已经有了几十年的历史,但是进程比较缓慢,并且几乎所有的展示装置仅仅是物体本身的展示而没有人机交互功能,有交互功能的展示装置也是需要终端控制,现还没有发现通过手势直接控制展示状态的装置和技术。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题,本发明要设计一种具有优越交互功能和可操控性强的基于手势识别的全息投影装置及其工作方法。
本发明的设计思路是:在Windows系统下,用带有OpenCV和OpenGL库的VisualSudio2013软件进行开发,用CreateThread方法建立子线程,进而将整个程序分为两个线程,一个线程基于OpenCV进行手势识别,另一线程基于OpenGL构造成像图像,将手势识别的得出的放大缩小旋转指令传给成像程序,使成像图像进行相应的变化,最后利用金字塔型的全息投影装置进行全息成像。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种基于手势识别的全息投影装置,包括计算机、显示屏、摄像头和倒金字塔投影仪,所述的计算机通过数据线与摄像头和显示屏连接;所述的显示屏水平放置,所述的倒金字塔投影仪通过支架垂直安装在显示屏上;所述的倒金字塔投影仪由四块三角形投影板组成,四块三角形投影板构成倒棱锥结构;所述的三角形投影板与水平面的夹角为42-48度;所述的计算机中安装带有OpenCV和OpenGL库的手势识别系统。
进一步地,所述的四块三角形投影板形状和尺寸相同,构成倒正棱锥结构;所述的三角形投影板表面镀丙烯酸膜作为全息投影膜。
进一步地,所述的倒金字塔投影仪的三角形投影板的上边长等于显示屏的宽度。
本发明的反射原理和生物学视觉原理:当光线垂直于膜面照射时,部分光源由于膜面反射42-48度(事先将膜面与水平面形成42-48度角,最佳角度是45度)平行进入视野范围,当人眼球接受到光线刺激时,大脑是无法追踪光线来源的,便会产生视觉停留效应,即误认为光线是平行于眼球发射,从而看见的影像是从前方悬空处出现的,形成视差。
一种基于手势识别的全息投影装置的工作方法,包括以下步骤:
A、基于OpenCV的手势识别
A1、对从外置摄像头得到的实时图像进行灰度化,转换颜色空间,并分割颜色通道、滤波、去除部分噪音;
A2、采用YCrCb模型,设定合适的Cr、Cb阈值,进行肤色检验;其中,Y参数表示亮度信号,Cr和Cb参数分别表示两个色度信号,它们和RGB颜色空间的转换关系为:
Y=0.257R+0.504G+0.098B+16
Cb=-0.148R-0.291G+0.439B+128
Cr=0.439R-0.368G-0.071B+128
A3、改进凸包算法,取得手型的重心坐标以及手型轮廓面积和凸包面积;
A4、设定坐标左极限值P_left和右极限值P_right,当测得的重心坐标b大于左极限值P_left,则认为三维图像执行向左移动指令,当测得的重心坐标b小于等于右极限值P_right,则认为三维图像执行向右移动指令;
A5、建立相对面积比a,即手型轮廓面积与凸包面积的比值。设定相对面积比a的最大极限值Rmax和最小极限值Rmin。当测得的相对面积比a大于最大极限值Rmax,则认为三维图像执行缩小指令,当测得的相对面积比a小于最小极限值Rmin,则认为三维图像执行放大指令。
B、基于多线程的综合信息处理
B1、在OpenGL下建立所需模型,创建控制程序以及接口;
B2、将步骤B1的OpenGL控制程序设定为主线程,使用多线程创建语句创建子线程handle1,将步骤A中的手势识别过程设定在子线程handle1里,主线程调用handle1,实现信息的通信;
B3、OpenGL控制程序读取步骤A中的手势识别结果指令信息,所述的识别信息包括控制左右移动的参数和图形变大变小的参数,OpenGL接口收集步骤A中的手势识别结果指令信息,并通过这些结果指令信息进行模型的重构以及模型的显示;
C、判断是否结束
若检测到敲击键盘的“Esc”键,则退出程序;否则,转步骤A。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明旨在打破传统的二维平面展示信息,通过OpenGL三维建模,利用现有的全息投影技术,将模型在三维空间展示出来;并且通过OpenCV手势识别,实现控制三维模型旋转和缩小放大等功能,可用于问题展示、流程分析讨论、展会的三维图像的展示互动等方面,例如产品发布会、时装发布会、车型展示上都需要一种可以360度立体展示、可以互动的仪器,这时候一款可以手势操作的全息投影可以满足这些行业的要求,并且给人们的生活办公带来全新、直观、立体的体验。
2、本发明不仅摆脱了过多的硬件装置,而且可以实时提取手势的信息,受光照等环境因素的影响较小,可在复杂背景下进行肤色检验,提取手势。通过YCrCb模型检测出Cr、Cb的值,滤除噪音,使用优化后的凸包算法识别手势的面积比的变化,从而准确提取并简化了手的特征信息。
3、本发明增加了人机交互的技术特色,可以利用OpenCV图像处理技术识别手型,根据提取并降维的特征值的大小定义向左向右旋转、放大缩小等指令,从而达到手势控制三维模型的效果。
4、本发明用CreateThread方法建立子线程,将OpenCV作为子线程,OpenGL程序作为主线程,实现线程之间的通信问题,使OpenGL三维模型呈现程序和OpenCV手势识别程序可以同时运行,互不干扰,从而可以达到实时的手势控制——实时的全息投影模型的呈现。
5、本发明的投影仪采用倒金字塔结构,使用丙烯酸镀膜作为全息投影膜,具有高清晰、耐强光、超轻薄的特点。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
图2是本发明获取的手势重心的提取示意图。
图3是本发明使用YCrCb模型滤除噪音之后的手势图像。
图4是本发明使用改进凸包算法的程序运行结果截图。
图5是本发明将处理过后的手势信息转化为指令的示意图。
图6是本发明的成像效果图。
图7是本发明的程序流程图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步详细叙述:本发明的装置组成如图1所示,本发明的方法包括以下步骤(如图7所示):
A、基于OpenCV的手势识别
A1、对从外置摄像头得到的实时图像进行灰度化,转换颜色空间,并分割颜色通道、滤波、去除部分噪音;图3所示为处理之后的手势图像;
A2、采用YCrCb模型,设定合适的Cr、Cb阈值,进行肤色检验;其中,Y参数表示亮度信号,Cr和Cb参数分别表示两个色度信号,它们和RGB颜色空间的转换关系为:
Y=0.257R+0.504G+0.098B+16
Cb=-0.148R-0.291G+0.439B+128
Cr=0.439R-0.368G-0.071B+128
A3、改进凸包算法,取得手型的重心坐标以及手型轮廓面积和凸包面积;图4为重心坐标的获取,图2为凸包算法的实施;
A4、设定坐标左极限值P_left和右极限值P_right,当测得的重心坐标b大于左极限值P_left,则认为三维图像执行向左移动指令,当测得的重心坐标b小于等于右极限值P_right,则认为三维图像执行向右移动指令;
A5、建立相对面积比a,即手型轮廓面积与凸包面积的比值。设定相对面积比a的最大极限值Rmax和最小极限值Rmin。当测得的相对面积比a大于最大极限值Rmax,则认为三维图像执行缩小指令,当测得的相对面积比a小于最小极限值Rmin,则认为三维图像执行放大指令。
B、基于多线程的综合信息处理
B1、在OpenGL下建立所需模型,创建控制程序以及接口;
B2、将步骤B1的OpenGL控制程序设定为主线程,使用多线程创建语句创建子线程handle1,将步骤A中的手势识别过程设定在子线程handle1里,主线程调用handle1,实现信息的通信;
B3、OpenGL控制程序读取步骤A中的手势识别结果指令信息,所述的识别信息包括控制左右移动的参数和图形变大变小的参数,OpenGL接口收集步骤A中的手势识别结果指令信息,并通过这些结果指令信息进行模型的重构以及模型的显示;图5所示为对手势进行处理得到的控制信息,通过传递的信息进行模型的重构以及模型的显示,最终的成像效果如图6所示;
C、判断是否结束
若检测到敲击键盘的“Esc”键,则退出程序;否则,转步骤A。
本发明不局限于本实施例,任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变,均列为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于手势识别的全息投影装置,其特征在于:包括计算机、显示屏、摄像头和倒金字塔投影仪,所述的计算机通过数据线与摄像头和显示屏连接;所述的显示屏水平放置,所述的倒金字塔投影仪通过支架垂直安装在显示屏上;所述的倒金字塔投影仪由四块三角形投影板组成,四块三角形投影板构成倒棱锥结构;所述的三角形投影板与水平面的夹角为42-48度;所述的计算机中安装带有OpenCV和OpenGL库的手势识别系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的全息投影装置,其特征在于:所述的四块三角形投影板形状和尺寸相同,构成倒正棱锥结构;所述的三角形投影板表面镀丙烯酸膜作为全息投影膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的全息投影装置,其特征在于:所述的倒金字塔投影仪的三角形投影板的上边长等于显示屏的宽度。
4.一种基于手势识别的全息投影装置的工作方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、基于OpenCV的手势识别
A1、对从外置摄像头得到的实时图像进行灰度化,转换颜色空间,并分割颜色通道、滤波、去除部分噪音;
A2、采用YCrCb模型,设定合适的Cr、Cb阈值,进行肤色检验;其中,Y参数表示亮度信号,Cr和Cb参数分别表示两个色度信号,它们和RGB颜色空间的转换关系为:
Y=0.257R+0.504G+0.098B+16
Cb=-0.148R-0.291G+0.439B+128
Cr=0.439R-0.368G-0.071B+128
A3、改进凸包算法,取得手型的重心坐标以及手型轮廓面积和凸包面积;
A4、设定坐标左极限值P_left和右极限值P_right,当测得的重心坐标b大于左极限值P_left,则认为三维图像执行向左移动指令,当测得的重心坐标b小于等于右极限值P_right,则认为三维图像执行向右移动指令;
A5、建立相对面积比a,即手型轮廓面积与凸包面积的比值;设定相对面积比a的最大极限值Rmax和最小极限值Rmin;当测得的相对面积比a大于最大极限值Rmax,则认为三维图像执行缩小指令,当测得的相对面积比a小于最小极限值Rmin,则认为三维图像执行放大指令;
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180116 |
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