CN110058688A - 一种投影用动态手势翻页的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影用动态手势翻页的系统及其方法，步骤1：建立手势库，步骤2：通过图像采集装置对人体发出的控制手势进行采集；步骤3：对实时动态手势图像通过手势肤色建模进行检测分割，得到手势图像；步骤4：对手势图像进行动态跟踪，得到控制手势的运动手势序列；步骤5：对运动手势序列进行特征提取，得到质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹。步骤6：对控制手势的运动轨迹进行识别，得到控制手势。步骤7：与手势库中的动作手势进行比对，得到确定的动作手势；步骤8：根据确定的动作手势进行投影翻页。本发明可通过动态手势对投影机播放幻灯片时进行翻页，极大地方便了投影教学工作。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，特别涉及一种投影用动态手势翻页的系统及其方法。
背景技术
投影机又称投影仪，是一种可以将文字、图像、视频等内容投射到幕布上的电子设备。教育、商务、政府、家庭娱乐是支撑投影机行业的四大主要消费群体，其中教育界是投影机行业未来发展的支柱领域。根据2018年全国教育事业统计，全国共有幼儿园26.67万所、义务教育阶段学校21.38万所、高中阶段学校2.44万所、普通高校2663所、特殊教育学校2152所、各级各类民办学校18.35万所，按照每个教室配备一台投影机来计算，据相关数据显示中国仅教育行业市场容量就达1100万台以上，仅教育行业这一块市场缺口就相当大，随着教育信息化的逐年普及，投影机及配套设备的应用需求巨大，行业发展也呈现多元化，投影机及配套设备的制造和研究将迎来一个新的发展机遇。
在投影机传统应用中，投影机配合计算机、幕布、激光笔、手写板等配套设备进行工作。投影机连接计算机，计算机中的内容通过投影机投射到幕布上，使用者通过幕布上的内容进行展示和教学，手写板配合文字书写，激光笔配合翻页、红外指示操作。这中间计算机输出并投影到幕布上的内容一般是幻灯片等，在使用过程中使用者要对幻灯片内容进行翻页操作，传统上一般使用计算机鼠标和键盘，或者使用激光笔进行，但是在使用过程中有以下不便：首先由于计算机一般固定位置，所以其键盘和鼠标也只能固定在一定范围，使用者在展示和教学过程中，不可能固定位置不走动，这就需要经常性回到固定位置操作鼠标和键盘，这个不但给使用者带来极大的不便，同时也大大降低了使用者展示和教学的精彩程度。其次虽然激光笔可以随使用者移动，但是在使用过程中，经常碰见激光笔忘记带，激光笔电池没电，激光笔按钮失灵或不响应等情况，导致无法使用激光笔，，使得使用者心情和使用效果大大降低。另外传统的计算机和投影机体积都非常大，不易携带，且使用前计算机和投影的安装连接过程繁琐。所以使用计算机和投影机播放幻灯片时，幻灯片的翻页需要借助鼠标、键盘或者其他附加硬件设备实现，导致投影机和计算机的结合在实际教学、培训中使用不便，为了解决上述问题，需要一种投影用动态手势翻页的系统及其方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种投影用动态手势翻页的系统及其方法。本发明能够可通过动态手势对投影机播放幻灯片时进行翻页，极大地方便了投影教学工作。
本发明的技术方案：一种投影用动态手势翻页方法，包括以下步骤：
步骤1：建立手势库，通过进行手势训练，确定翻页的动作手势，得到控制手势指令；
步骤2：通过图像采集装置对人体发出的控制手势进行采集，得到具有人体实时动态手势信息和背景信息的实时动态手势图像；
步骤3：对实时动态手势图像通过手势肤色建模进行检测分割，利用对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理，从整个实时动态手势图像中分隔出手势区域，并对分隔的每一帧时动态手势图像进行处理，得到手势图像；
步骤4：对手势图像进行动态跟踪，动态跟踪是通过建立目标模型来识别手势区域，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息；
步骤5：运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹；
步骤6：运用隐马尔可夫方法对控制手势的运动轨迹进行识别，通过将手势图像序列作为一个多状态集合，状态之间通过概率进行转换，得到控制手势；
步骤7：将控制手势与手势库中的动作手势进行比对，得到确定的动作手势；
步骤8：根据确定的动作手势进行投影翻页。
上述的投影用动态手势翻页方法中，步骤3中，得到的每一帧时动态手势图像作为下一步动态跟踪的输入信息。
前述的投影用动态手势翻页方法中，步骤4中，得到的运动手势序列中的手势信息和运动路径信息、以及控制手势实时的质心坐标和移动距离作为下一步的手势识别信息的输入信息。
前述的投影用动态手势翻页方法中，通过得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，得到控制手势的运动速度，根据控制手势的运动速度，来对投影翻页滑动的速度进行控制；当控制手势的运动速度慢时，进行缓慢滑动和翻页；当控制手势的运动速度快时，进行快速滑动和翻页。
前述的投影用动态手势翻页的方法中，对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理的方法是，利用中值滤波法和领域平均法对实时动态手势图像进行平滑处理，用于减速噪声以及局部灰度的起伏。
前述的投影用动态手势翻页的方法中，所述动态跟踪方法是采用粒子滤波算法对控制手势进行动态跟踪。
前述的投影用动态手势翻页的方法中，所述手势肤色建模方法是，收集使用者手部分布的样本图像；将样本图像转换为颜色空间内的图像；获得样本图像在颜色空间内的已知肤色样本，通过统计各个亮度值的像素分布，建立多个肤色主动轮廓模型，对获得的多个肤色主动轮廓模型建立三维查找表，获得手势肤色模型。
一种投影用动态手势翻页的系统，包括计算机和与计算机相连的图像采集设备以及投影机；
所述投影机用于对计算机上的屏幕图像投射在投影面上；
所述图像采集设备用于对实时动态手势图像进行采集，并传递给计算机进行处理，计算机根据图像采集设备所采集的动态手势进行相应的翻页控制。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明能够通过图像采集设备对人体发出的实时动态手势图像进行采集，并对采集到的实施动态手势图像进行检测分隔，得到每一帧的手势图像，并对每一帧的手势图像进行动态跟踪，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息，并对运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹，在对控制手势的运动轨迹进行识别，通过将手势图像序列作为一个多状态集合，状态之间通过概率进行转换，得到控制手势，得到的控制手势与预先设定的翻页的动作手势进行匹配识别，得到确定的动作手势，根据确定的动作手势进行投影翻页。本发明可根据动态手势可实现翻页，并且具有操作简便的特点。
本发明是在对实时动态手势图像是通过手势肤色建模进行检测分割，利用对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理，从整个实时动态手势图像中分隔出手势区域，并对分隔的每一帧时动态手势图像进行处理，得到手势图像，排出脸部肤色以及背景图像的干扰，使得可以得到一个清晰的人体手部外轮廓。
本发明中的对手势图像进行动态跟踪，动态跟踪是通过建立目标模型来识别手势区域，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息，并对运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹，可以得到清晰的控制手势的运动轨迹，本可以根据运动轨迹到达控制手势的运动速度，根据控制手势的运动速度，来对投影翻页滑动的速度进行控制；当控制手势的运动速度慢时，进行缓慢滑动和翻页；当控制手势的运动速度快时，进行快速滑动和翻页。
本发明中对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理的方法是，利用中值滤波法和领域平均法对实时动态手势图像进行平滑处理，用于减速噪声以及局部灰度的起伏，使得到达的人体手势轮廓更加精准清晰。
本发明中的动态跟踪方法是采用粒子滤波算法对控制手势进行动态跟踪，具有较好的跟踪效果，使得控制手势运动轨迹更为精准。
本发明中的手势肤色建模方法是，收集使用者手部分布的样本图像；将样本图像转换为颜色空间内的图像；获得样本图像在颜色空间内的已知肤色样本，通过统计各个亮度值的像素分布，建立多个肤色主动轮廓模型，对获得的多个肤色主动轮廓模型建立三维查找表，获得手势肤色模型，能够识别不同人的手，通过手的肤色、手的尺寸进行识别，适用于特定的人使用，防止无关人员使用。
附图说明
图1是本发明方法的原理图；
图2是本发明的系统图。
1、计算机；2、投影机；3、图像采集设备。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种投影用动态手势翻页方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：建立手势库，通过进行手势训练，确定翻页的动作手势，得到控制手势指令。
步骤2：通过图像采集装置对人体发出的控制手势进行采集，得到具有人体实时动态手势信息和背景信息的实时动态手势图像。
步骤3：对实时动态手势图像通过手势肤色建模进行检测分割，利用对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理，从整个实时动态手势图像中分隔出手势区域，并对分隔的每一帧时动态手势图像进行处理，得到手势图像。
对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理的方法是，利用中值滤波法和领域平均法对实时动态手势图像进行平滑处理，用于减速噪声以及局部灰度的起伏。
其中手势肤色建模方法是，收集使用者手部分布的样本图像；将样本图像转换为颜色空间内的图像；获得样本图像在颜色空间内的已知肤色样本，通过统计各个亮度值的像素分布，建立多个肤色主动轮廓模型，对获得的多个肤色主动轮廓模型建立三维查找表，获得手势肤色模型，能够识别不同人的手，通过手的肤色、手的尺寸进行识别，适用于特定的人使用，防止无关人员使用。
步骤3中，得到的每一帧时动态手势图像作为下一步动态跟踪的输入信息。
步骤4：对手势图像进行动态跟踪，动态跟踪是通过建立目标模型来识别手势区域，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息。
所述动态跟踪方法是采用粒子滤波算法对控制手势进行动态跟踪。
步骤4中，得到的运动手势序列中的手势信息和运动路径信息、以及控制手势实时的质心坐标和移动距离作为下一步的手势识别信息的输入信息。
步骤5：对运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹。
通过得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，得到控制手势的运动速度，根据控制手势的运动速度，来对投影翻页滑动的速度进行控制；当控制手势的运动速度慢时，进行缓慢滑动和翻页；当控制手势的运动速度快时，进行快速滑动和翻页。
步骤6：运用隐马尔可夫方法对控制手势的运动轨迹进行识别，通过将手势图像序列作为一个多状态集合，状态之间通过概率进行转换，得到控制手势。
步骤7：将控制手势与手势库中的动作手势进行比对，得到确定的动作手势。
步骤8：根据确定的动作手势进行投影翻页。
如图2所示，一种投影用动态手势翻页系统，包括计算机1和与计算机1相连的图像采集设备3以及投影机2。
前述的一种投影用动态手势翻页系统还包括USB集线器，图像采集装置3通过USB集线器连接到计算机1，投影机2与计算机1连接，图像采集装置3将捕捉到图像信号通过USB集线器传递到计算机1，计算机1利用图像处理程序将捕捉到图像信号处理，图像处理程序根据人手势的运动轨迹，转换成图像信号，与原始传输数据叠加在一起再传输到投影机2。
所述投影机用于对计算机上的屏幕图像投射在投影面上。
所述图像采集设备用于对实时动态手势图像进行采集，并传递给计算机进行处理，计算机根据图像采集设备所采集的动态手势进行相应的翻页控制。
本发明能够通过图像采集设备对人体发出的实时动态手势图像进行采集，并对采集到的实施动态手势图像进行检测分隔，得到每一帧的手势图像，并对每一帧的手势图像进行动态跟踪，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息，并对运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹，在对控制手势的运动轨迹进行识别，通过将手势图像序列作为一个多状态集合，状态之间通过概率进行转换，得到控制手势，得到的控制手势与预先设定的翻页的动作手势进行匹配识别，得到确定的动作手势，确定的动作手势进行投影翻页。本发明可根据动态手势可实现翻页，并且具有操作简便的方法。
本发明中的手势肤色建模方法是，收集使用者手部分布的样本图像；将样本图像转换为颜色空间内的图像；获得样本图像在颜色空间内的已知肤色样本，通过统计各个亮度值的像素分布，建立多个肤色主动轮廓模型，对获得的多个肤色主动轮廓模型建立三维查找表，获得手势肤色模型，能够识别不同人的手，通过手的肤色、手的尺寸进行识别，适用于特定的人使用，防止无关人员使用。
Claims (8)
1.一种投影用动态手势翻页方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立手势库，通过进行手势训练，确定翻页的动作手势，得到控制手势指令；
步骤2：通过图像采集装置对人体发出的控制手势进行采集，得到具有人体实时动态手势信息和背景信息的实时动态手势图像；
步骤3：对实时动态手势图像通过手势肤色建模进行检测分割，利用对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理，从整个实时动态手势图像中分隔出手势区域，并对分隔的每一帧时动态手势图像进行处理，得到手势图像；
步骤4：对手势图像进行动态跟踪，动态跟踪是通过建立目标模型来识别手势区域，得到控制手势在图像中的运动手势序列，从而得到动态手势的运动信息；
步骤5：对运动手势序列进行特征提取，提取运动手势序列中的手势信息和运动路径信息，进而得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，最后得到控制手势的运动轨迹；
步骤6：运用隐马尔可夫方法对控制手势的运动轨迹进行识别，通过将手势图像序列作为一个多状态集合，状态之间通过概率进行转换，得到控制手势；
步骤7：将控制手势与手势库中的动作手势进行比对，得到确定的动作手势；
步骤8：根据确定的动作手势进行投影翻页。
2.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：步骤3中，得到的每一帧时动态手势图像作为下一步动态跟踪的输入信息。
3.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：步骤4中，得到的运动手势序列中的手势信息和运动路径信息、以及控制手势实时的质心坐标和移动距离作为下一步的手势识别信息的输入信息。
4.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：通过得到控制手势实时的质心坐标和移动距离，得到控制手势的运动速度，根据控制手势的运动速度，来对投影翻页滑动的速度进行控制；当控制手势的运动速度慢时，进行缓慢滑动和翻页；当控制手势的运动速度快时，进行快速滑动和翻页。
5.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：对采集到的每一帧实时动态手势图像进行处理的方法是，利用中值滤波法和领域平均法对实时动态手势图像进行平滑处理，用于减速噪声以及局部灰度的起伏。
6.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：所述动态跟踪方法是采用粒子滤波算法对控制手势进行动态跟踪。
7.根据权利要求1所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：所述手势肤色建模方法是，收集使用者手部分布的样本图像；将样本图像转换为颜色空间内的图像；获得样本图像在颜色空间内的已知肤色样本，通过统计各个亮度值的像素分布，建立多个肤色主动轮廓模型，对获得的多个肤色主动轮廓模型建立三维查找表，获得手势肤色模型。
8.根据权利要求1-8所述的投影用动态手势翻页的系统，其特征在于：包括计算机(1)和与计算机(1)相连的图像采集设备(3)以及投影机(2)；
所述投影机(2)用于对计算机(1)上的屏幕图像投射在投影面上；
所述图像采集设备(3)用于对实时动态手势图像进行采集，并传递给计算机(1)进行处理，计算机(1)根据图像采集设备(3)所采集的动态手势进行相应的翻页控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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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: 20190726 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |