CN1661621A - 手势开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种手势开关装置,根据拍摄手的动作的摄像装置(3)以及此摄像装置(3)的摄像结果对操作对象进行操作,其具备:将在手不存在于所述摄像装置(3)的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像作为初始图像数据而保存的保存装置(S1);得到作为在手存在于所述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像的原图像数据与所述初始图像数据的差分图像数据的差分装置(S2);以使用此差分装置得到的手边附近的图像数据为基础,求出此手边附近的平均亮度的亮度检测装置(S6);和以基于此亮度检测装置算出的平均亮度的阈值,对原图像数据进行二值化处理的处理装置(S8)。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于不接触该车辆搭载装置的操作面板,并且不妨碍车辆驾驶,而简单操纵空调设备或者音频设备等车辆搭载设备以及侧视镜等车辆附带设备的动作的手势开关装置。
背景技术
作为不接触该车辆搭载设备的操作面板而操纵空调设备或者音频设备等车辆搭载设备的动作的技术,提出有使用摄像机,对驾驶者身体的一部分(例如左手)进行摄像,对此图像模式进行识别而得到对上述车辆搭载设备的操作信息(例如参照特开平11-134090号)。此外提出有检测驾驶员的手的形状和表现动作的手势,得到对车辆搭载设备的操作信息(例如参照特开2001-216069号)。
这种技术,例如通过从拍摄手的图像识别手的形状的模式识别处理、或者追踪所识别的手的位置变化而检测其动作的动作检测处理等而实现,在这里,为了方便,称为手势开关等。
在使用上述的手势开关装置操纵车辆搭载设备的动作的情况下,需要可靠地并且正确地检测驾驶员(操作者)的手的形状以及其动作。以下“手”包括手指和手掌,根据情况表现为“手指”或“手掌”。为此,首先需要正确地识别在拍摄驾驶员(操作者)的手的图像中,哪个部分是手或者手掌。
从拍摄的图像中识别手时,需要将手和背景分离。由于图像中的手部分亮(白),此外的背景暗(黑),因而通过在拍摄的图像的亮度值与阈值相比亮时变换为“白”,暗时变换为“黑”,而从背景中抽出手部分。
然而,拍摄驾驶员(操作者)的手的环境的照度会发生变化。如果即使环境这样发生变化,上述阈值也为固定,那么就存在不能正确从背景中抽出手部分的问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种手势开关装置,即使拍摄的环境的照度发生变化,也能正确地识别手。
根据本发明的一个技术方案,提供一种手势开关装置,其具备:将在手不存在于上述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像作为初始图像数据而保存的保存装置;得到作为在手存在于上述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像的原图像数据与上述初始图像数据的差分图像数据的差分装置;以使用此差分装置得到的手边附近的图像数据为基础,求出此手边附近的平均亮度的亮度检测装置;和以基于此亮度检测装置算出的平均亮度的阈值,对原图像数据进行二值化处理的处理装置。
本发明其他的对象和优点在下述的说明中阐述,部分可以是根据说明是显而易见的,部分从本发明的实施中得到。本发明的对象和优点可以通过下文特别指出的手段及其组合而被理解和得到。
附图说明
附图组合起来成为说明书的一个组成部分,说明本发明的最佳实施方式、前面给出的摘要、以及下面给出的最佳实施方式的具体说明,用于解释发明的主旨。
图1是表示本发明的一个实施方式的手势开关装置的概略构成的图。
图2是表示图1所示的手势开关装置的手的摄像区域的图。
图3是用于说明本实施方式的二值化处理的流程图。
图4是表示本实施方式的初始图像的图。
图5是表示本实施方式的原图像的图。
图6是表示本实施方式的差分图像的图。
图7是表示本实施方式的差分图像的阈值判定区域的图。
具体实施方式
以下参照附图,对本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示实施例装置的主要部分概略构成的图,表示车辆的驾驶席的样子和通过微机等实现的手势开关装置的功能。在驾驶席的前方设置由驾驶员(司机)操纵的方向盘1以及复合开关(未图示)等,而且在操纵板上设置音频设备以及空调设备等的操作部2。并且在驾驶席斜上方的天花板上,设置摄像机3,其将方向盘1的侧方作为摄像区域,用于对向该摄像区域伸手的驾驶员的手进行摄像。此摄像机3为CCD摄像机等小型的装置。此外,对手势开关装置的操作,通过使手掌大致水平地位于上述摄像区域中,由此状态进行规定的动作,例如使大拇指有选择地屈伸,并使手的位置在左右发生位移(移动)而进行。通过摄像机3拍摄的是手背,但是在这里将拍摄的手背作为手掌进行说明。
手势开关装置,基本上对上述摄像机3拍摄的驾驶员的手的形状以及动作,由其输入图像而进行识别处理,根据此识别结果得到规定的开关操作信息,代替上述的操作部2,担负着对上述的音频设备以及空调设备等付与开关操作信息的作用。具体地,手势开关装置,具有:对摄像机3拍摄的输入图像进行二值化处理,除去其背景图像成分,抽出手腕的前端侧,主要是手掌和手的图像成分的二值化处理部11;由通过二值化处理抽出的手掌和手的图像求出其重心位置的重心检测部12;以及对手的形状进行识别的形状识别部13。
手势开关装置,还具有根据上述形状识别部13的识别结果、以及重心检测部12检测的手的重心位置,对驾驶员的手形状及动作所表示的开关操作进行识别的操作指示识别部14。此操作指示识别部14,大致包括:参照预先记录在存储器15中的特定的手形状模式和其作用的关系,判断(识别)上述被识别的手形状所意图的操作的种类的功能判定部16;追踪做出特定的指尖形状的手的重心位置的移动、或者手指的动向,检测出其基准位置或者位移量的位移量检测部17;以及监视手的动作历经时间的计时器18。操作指示识别部14,构成为根据这些的判定·监视结果,求出由驾驶员的手形状和动作所特定的规定的开关操作信息,将这些开关操作信息例如向上述的音频设备以及空调设备等输出。
而且,在操作指示识别部14上,设置引导部19,其根据上述判定结果对驾驶员进行规定的引导。此引导,例如作为特定音频设备以及空调设备(操作对象装设备),以及音量·频道设定,或者风量·温度等(操作对象功能)的声音信息,以及表示此开关操作(操作量)的“pi”或者“pi-”等的确认音,通过扬声器20而报告给驾驶员。此操作指示识别部14的具体的工作方式,也就是对音频设备以及空调设备等多个控制对象的开关操作信息的输出控制在后叙述。
上述摄像机3的摄像区域A,如图2所示,设定在方向盘1的侧方,离该方向盘1的外周部至少50mm的位置上,优选设定在离开100mm左右的位置上。特别是设定在驾驶员将胳膊放在设置于驾驶席侧部的扶手5上时,不破坏此驾驶姿势就可以伸手的位置,手不会接触到音频设备等的操作部2的位置上。例如,此摄像区域A可以设定为大致矩形的区域,其具有向方向盘1的侧方伸手,不破坏其驾驶姿势而伸手的驾驶员的指尖方向上大致600mm,手的宽度方向上大致350mm的大小。此摄像区域A的底色为黑色。
接着,对如上所述构成的本发明的一个实施方式的动作进行说明。在本实施方式中,通过对摄像机3拍摄的手进行识别处理,可以简单地付与开关操作指示。此识别处理如下而开始:首先对在每一段图像取样时间(例如15Hz)中拍摄的摄像区域A的输入图像,根据以具有与图像取样时间相同周期的判定取样时间算出的阈值进行取样,在二值化处理部11中,例如使背景部分为黑,图像中对应手臂和手的部分为白,进行二值化处理。
参照图3的流程图对此二值化处理进行说明。首先,将驾驶员的手不存在于摄影区域A的图像作为初始图像保存于存储器15中(步骤S1)。此初始图像,如图4所示,在摄影区域A的整个区域存储此图像的亮度值。
接着,使用摄像机3拍摄驾驶员的手存在于摄像区域A中的图像。使用摄像机3在每一段15Hz的取样时间内进行此摄像。如图5所示,这样将驾驶员的手存在于摄像区域A中的图像作为原图像保存在存储器15中。在这里,使用摄像机3拍摄的图像数据,每1像素具有8比特的亮度值,也就是具有1(黑)~256(白)的亮度值。
从原图像的亮度值中减去作为背景的初始图像的亮度值,算出差分图像(步骤S2)。如图6所示将此差分图像数据保存在存储器15中。
接着,只将保存在存储器15中的差分图像数据中的下端部区域B作为阈值判定区域B而对其注意(步骤S3)。也就是把握阈值判定区域B的起点a以及终点b的地址。在这里,注意区域B,是因为可以预测到手一定存在。
接着进行以下处理(步骤S4):将属于阈值判定区域B的差分图像数据中,与初始图像数据有差的部分变换成白数据(“1”),将此外的部分变换成黑数据(“0”)。
即进行将阈值判定区域B中手存在的部分变换成“1”(白),将此外的部分变换成“0”(黑)的处理。
接着,将在步骤S4中经过变换的阈值判定区域B中“1”(白)的面积变得最大的部分抽出(步骤S5)。即,将阈值判定区域B中“1”(白)的面积变得最大的部分判定为驾驶员的手部分(具体为手腕部分)C。
接着,算出记录在存储器15中的原图像的手部分C的平均亮度值(步骤S6)。此平均亮度值为8比特的数据。
接着,以此平均亮度值为基础决定二值化阈值,记录于存储器15中(步骤S7)。
接着,以此二值化阈值对存储于存储器15中的原图像数据进行二值化处理(步骤S8)。
此二值化阈值如下而决定。也就是,假设通过步骤S6算出的手部分C的平均亮度为“150”,将“150-30(设定值)=120”作为二值化阈值而使用。将原图像数据的手部分C的平均亮度值设为x时,可知实际上手整体的亮度值分布为x±30。因此,如果单纯地原图像数据的亮度值在平均亮度值x以上为白,小于平均亮度值则为黑,那么就将原图像数据中“x-30”~x变换成黑,可能判定为比本来的手小的手。
为了避免这样的不适合,在这里,将“平均亮度值x-30”作为二值化阈值。此阈值与平均亮度值x相比为阈值变小的方向,灰色部分(黑白不明确的部分、例如原图像的手的轮廓附近)容易被判断成白。因此,可以判别与本来的手近似的手。如果使阈值为“平均亮度值x+30”,这与平均亮度值x相比为阈值变大的方向,上述灰色部分容易被判断成黑。因此,也被判定为比根据平均亮度值x而判定的手小的手。
将存储在存储器15中的原图像数据中面积变得最大的部分以外的部分排除(步骤S9)。例如在摄像区域A内存在手以外的白部分,例如存在香烟盒时,将其作为不要的图像数据(噪声)从原图像数据中排除。
这样,在进行二值化处理后,在重心检测部12由手的图像求出其重心位置,在形状识别部13对手的形状进行识别,在操作指示识别部14,根据驾驶员手的形状得到操作信息。
这样,由于在每一段15Hz的图像取样时间内读取存在于摄像区域A中的驾驶员的手的图像数据,同样以15Hz决定二值化阈值后,进行二值化处理,因而可以大致实时地在形状识别部13识别手的形状。
因此,即使在摄影区域A的环境发生变化的情况下,也可以使二值化处理追随其环境的变化。也就是可以在进出隧道这样的情况下确实地对存在于摄像区域A中的驾驶员的手的形状进行识别。
上述步骤S4的处理也可以在步骤S2中进行。
阈值判定区域B不局限于实施方式的场所。例如可以将翻转开关的附近作为阈值判定区域。
而且,可以根据亮度值的频度分布对频度分范围进行学习。
本发明其他的优点和变更,对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此,本发明宽泛的方面并不被如前所述的特别的细节和具体的实施方式所局限,因此在不脱离本发明主旨的范围内可以对本发明进行种种的变形。
Claims (6)
1.一种手势开关装置,根据拍摄手的动作的摄像装置(3)以及此摄像装置的摄像结果对操作对象进行操作,其具备:
将在手不存在于所述摄像装置(3)的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像作为初始图像数据而保存的保存装置(S1);
得到作为在手存在于所述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像的原图像数据与所述初始图像数据的差分图像数据的差分装置(S2);
以使用此差分装置得到的手边附近的图像数据为基础,求出此手边附近的平均亮度的亮度检测装置(S6);和
以基于此亮度检测装置算出的平均亮度的阈值,对原图像数据进行二值化处理的处理装置(S8)。
2.如权利要求1所述的手势开关装置,其中,
所述亮度检测装置,具备:将所述差分图像数据中有差的部分变换成白,没有差的部分变换成黑的变换装置(S4);和
通过此变换装置进行变换后,将变白的面积最大的部分抽出为手部分的抽出装置(S5)。
3.如权利要求1所述的手势开关装置,其中,
所述处理装置(S8),在大于只比所述亮度检测装置(S6)检测的平均亮度值小设定值的值时,将原图像数据变换为白。
4.如权利要求1所述的手势开关装置,其中,根据拍摄手的动作的摄像装置以及此摄像装置的摄像结果对操作对象进行操作,其具备:
将在手不存在于所述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像作为初始图像数据而保存的保存装置;
得到作为在手存在于所述摄像装置的摄像范围内的状态下进行拍摄的图像的原图像数据与所述初始图像数据的差分图像数据,将所述差分图像数据中有差的部分变换为白,没有差的部分变换成黑的差分装置;
以使用此差分装置得到的手边附近的图像数据为基础,求出此手边附近的平均亮度的亮度检测装置;和
以基于此亮度检测装置算出的平均亮度的阈值,对原图像数据进行二值化处理的处理装置。
5.如权利要求4所述的手势开关装置,其中,
所述亮度检测装置,具备通过所述差分装置进行变换后,将变白的面积最大的部分抽出为手部分的抽出装置。
6.如权利要求4所述的手势开关装置,其中,
所述处理装置,在大于只比所述亮度检测装置检测的平均亮度值小设定值的值时,将原图像数据变换为白。
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