TWI444909B

TWI444909B - 採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統

Info

Publication number: TWI444909B
Application number: TW100100024A
Authority: TW
Inventors: Jing Wein Wang
Original assignee: Univ Nat Kaohsiung Applied Sci
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2011-01-03
Publication date: 2014-07-11
Also published as: TW201229926A

Description

採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統

本發明係關於一種採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統；特別是關於利用奇異值分解[Singular Value Decomposition，SVD]方式分解一手勢影像時，利用一光線補償係數[light compensation coefficient]進行光線補償之手勢影像辨識方法及其系統。

習用手勢影像辨識之相關應用裝置，例如：中華民國專利公告第M382675號之〝以手勢辨識為基礎之監控攝影機操控裝置〞新型專利，其揭示有關於一種可以下達監控攝影機鏡頭上下左右轉向、拉近及拉遠等動作指令的操控裝置。利用手勢取像攝影機所拍攝使用者的手勢影像，辨識出使用者手勢的上、下、左、右、前、後移動情形，並對監控攝影機發出鏡頭往上、往下、往左、往右、拉近、拉遠的操控訊息，而不需藉由操作滑鼠或操縱桿來下達上述操控訊息。

第M382675號先利用手勢取像攝影機拍攝使用者手部影像，再利用手勢位移偵測模組偵測與辨識使用者的手部位置與趨勢，進而計算出欲控制監控攝影機的方向，再傳遞訊號控制監控攝影機之鏡頭執行往上、往下、往左、往右、拉近及拉遠的動作。該手勢位移偵測模組先計算出手勢取像攝影機中之手部出現的位置與面積，做為手勢辨識的原點，此部份亦可以在手勢取像攝影機的畫面上預先設定一手勢辨識的原點，做為後續手勢辨識的位移偵測參考點，並分別定義出一個手勢最小面積的門檻值、一個手勢最小移動距離的門檻值及一個手勢最小面積變化的門檻值。

第M382675號在使用者的手勢面積大小大於預先設定之手勢最小面積門檻值後，裝置便會開始啟動手勢辨識功能，利用該手勢位移偵測模組偵測目前手勢位置與手勢原點的位移量。當手勢移動的位移量大於預先設定的門檻值時，則視為有手勢移動發生，反之，當手勢移動的位移量小於門檻值時，則視為沒有手勢移動發生；又，該手勢位移偵測模組亦會偵測目前手勢位置與手勢原點的位移方向，若手勢往上、下、左或右移動，則觸發一控制訊號以驅動監控攝影機鏡頭往上、下、左或右移動。另外，該手勢位移偵測模組以影像辨識技術判斷手勢在活動範圍內的前後移動；手勢往前移時其面積會比面積門檻值大，則觸發一控制訊號以驅動監控攝影機鏡頭拉近影像；手勢往後移時其面積會比面積門檻值小，則觸發一控制訊號以驅動監控攝影機鏡頭拉遠影像。

另一習用手勢影像辨識之相關應用裝置，例如：中華民國專利公告第I298461號之〝手勢辨識系統及其方法〞發明專利，其揭示一種手勢辨識系統及其方法應用於一具有影像擷取器之筆記型電腦。使用者可直接對準此影像擷取器比出一預設的手勢，而筆記型電腦即會執行此手勢動作相對應之應用程式或是功能選項，以增加使用者執行應用程式或是功能選項時之方便性。

另一習用手勢影像辨識之相關應用裝置，例如：中華民國專利公開第201030630號之〝手勢辨識系統及其方法〞發明專利，其揭示一種手勢辨識系統包括：一攝影裝置用於取得可能含有自然手勢的影像；一處理器用以從影像中找出膚色部份的膚色輪廓[edge]，再將膚色輪廓分類為多個不同角度的輪廓碎片；一運算引擎具有數個平行運算單元及數個不同角度類別的手勢模板庫，該數個平行運算單元分別在不同角度類別的手勢模板庫中找出和輪廓碎片最近似的手勢模板；一最佳模板選取手段，自由該數個平行運算單元找出的數個近似的手勢模板中再選出一個最佳的手勢模板；及一顯示終端用以顯示最佳的手勢模板的影像；藉此達到無需使用任何標記[marker less]且能夠即時辨識手勢的目的。

另外，習用手勢影像辨識之相關應用技術已揭示於部分美國專利，例如：美國專利第7,702,130號之〝User interface apparatus using hand gesture recognition and method thereof〞、第7,680,295號之〝Hand-gesture based interface apparatus〞、第6,215,890號之〝Hand gesture recognizing device〞、第6,002,808號之〝Hand gesture control system〞及第5,594,469號之〝Hand gesture machine control system〞等。前述中華民國專利及美國專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

雖然前述專利已揭示相關手勢影像辨識技術，但其並未提供如何光線補償處理之相關技術。事實上，就手勢影像辨識技術而言，其必然需要適當進行光線補償處理，否則其影響手勢影像辨識的可靠度。因此，習用手勢影像辨識技術必然存在進一步進行光線補償處理之需求。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統，其利用一奇異值分解法分解一手勢影像時，利用一光線補償係數進行光線補償，以達成準確辨識手勢影像之目的。

本發明之主要目的係提供一種採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統，其利用一奇異值分解法分解一手勢影像時，利用一光線補償係數進行光線補償，以達成準確辨識手勢影像之目的。

為了達成上述目的，本發明之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法包含：輸入一手勢影像；利用一奇異值分解法應用於該手勢影像；以一光線補償法計算至少一光線補償係數；及利用該光線補償係數進行光線補償處理該手勢影像，以獲得一光線補償手勢影像。

本發明之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識系統包含：一輸入單元，其用以輸入一手勢影像；一演算單元，其連接至該輸入單元，該演算單元利用一奇異值分解法應用於該手勢影像；該演算單元以一光線補償法計算至少一光線補償係數；該演算單元利用該光線補償係數進行光線補償處理該手勢影像，以獲得一光線補償手勢影像；及一輸出單元，其連接至該演算單元，自該輸出單元輸出該光線補償手勢影像。

本發明較佳實施例之該奇異值分解為適化性奇異值分解。

本發明較佳實施例在分解該手勢影像時，在一RGB色域空間進行奇異值分解。

本發明較佳實施例在該RGB色域空間進行奇異值分解時，在每一色域通道進行奇異值分解。

本發明較佳實施例在該RGB色域空間進行奇異值分解時，分別計算用於R色域通道之光線補償係數、G色域通道之光線補償係數及B色域通道之光線補償係數。

為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統適用於各種手勢辨識裝置及其相關應用設備，例如：各類型電腦系統、醫療照護系統或保全系統，但其並非用以限定本發明之範圍。

本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統可選擇先將手勢影像進行影像分解重組處理，或忽略影像分解重組處理。在進行影像分解重組處理時，利用一分解重組法消除該手勢影像之非膚色空隙[non-skin color gap]，以減少手勢辨識區域大小及加速辨識，以達成簡化手勢影像辨識及減少其資料量之目的。在分解重組處理時，採用一圖素掃瞄法[scanned pixel-by-pixel]，且該圖素掃瞄法為圖素水平及垂直掃瞄法。

第1A圖揭示本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統輸入已分解重組處理之手勢影像組之示意圖。請參照第1A圖所示，本發明較佳實施例之採用奇異值分解處理複雜背景之手勢影像辨識系統包含一輸入單元、一演算單元及一輸出單元，其中該輸入單元連接至該演算單元，而該輸出單元連接至該演算單元。本發明之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法係選擇執行於該輸入單元[例如：各種攝影裝置、各種影像偵測裝置、各種影像儲存裝置或其它類似影像存取裝置]，其用以輸入至少一手勢影像，如第1A圖所示之手勢影像組。

第2A圖揭示本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1A圖之手勢影像組顯示膚色資料類聚分佈[clustering distribution]之示意圖。請參照第2A圖所示，由各個圓圈符號之分佈顯示第1A圖之手勢影像組尚未進行光線補償處理之膚色資料類聚分佈，且在相同等級手勢上該膚色資料類聚分佈較為鬆散。

第1B圖揭示本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統將手勢影像組以奇異值分解處理後，獲得光線補償手勢影像組[light compensated image set]之示意圖，其對應於第1A圖所示之手勢影像[即尚未處理手勢影像]。請參照第1B圖所示，本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法係選擇執行於該演算單元[例如：計算機或其它類似裝置]，其利用一奇異值分解法應用於該手勢影像，以一光線補償法計算一光線補償係數，利用該光線補償係數進行光線補償處理該手勢影像，以獲得一光線補償手勢影像，如第1B圖所示之已光線補償手勢影像。

本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法在分解該手勢影像時，在一RGB色域空間進行奇異值分解，且在每一色域通道[color channel]進行奇異值分解時，其採用奇異值分解矩陣為，

其中A={R,G,B}為RGB色域空間，Σ_A 為對角線含奇異值[強度訊息]之矩陣，U _A 及V _A 為正交方矩陣[orthogonal square matrix]。

本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法在計算該光線補償係數時，其採用方程式為，

其中合成高斯強度矩陣[synthetic Gaussian intensity image]Σ_A 之均值μ及變異值σ分別為0.5及1。

本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法利用該光線補償係數在完成光線補償處理後，獲得該光線補償手勢影像，其為均等強度矩陣[equalized matrix]。該光線補償手勢影像之奇異值分解矩陣為，

其中為A 色域通道之均等影像。

本發明第一較佳實施例之該光線補償係數在每一色域通道進行奇異值分解時，其採用該光線補償係數為該手勢影像之最大奇異值與合成高斯強度矩陣之最大奇異值之間的固定比例[fixed ratio]。

第2B圖揭示本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1B圖之手勢影像組顯示膚色資料類聚分佈之示意圖。請參照第2B圖所示，由各個圓圈符號之分佈顯示第1B圖之手勢影像組已進行光線補償處理之膚色資料類聚分佈，在相同等級手勢上該膚色資料類聚分佈較為緊密。

第1C圖揭示本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統將手勢影像組以適化性奇異值分解處理後，獲得光線補償手勢影像組之另一示意圖，其對應於第1A圖所示之手勢影像[即尚未處理手勢影像]及第1B圖所示之以奇異值分解處理手勢影像。

請參照第1C圖所示，本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法係在該RGB色域空間進行奇異值分解時，在每一色域通道進行奇異值分解。本發明第二較佳實施例在該RGB色域空間進行奇異值分解時，分別計算用於R色域通道之光線補償係數、G色域通道之光線補償係數及B色域通道之光線補償係數，即其在R、G、B色域通道單獨調整其光線補償係數。

本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法為每一色域通道計算預先補償均值[pre-compensation mean]，其中該預先補償均值之最大值為該色域通道之光線補償係數參考值[reference value]，其餘兩個色域通道之光線補償係數依其預先補償均值之最大值比例取得。

本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法在每一色域通道計算該光線補償係數時，其採用方程式為，

Max(μ_R ,μ_G ,μ_B )=m

其中ξ_R 、ξ_G 及ξ_B 分別為R、G、B色域通道之光線補償係數，μ_R 、μ_G 、μ_B 分別為R、G、B色域通道之顏色均值。

第2C圖揭示本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1C圖之手勢影像組顯示影像類聚分佈之示意圖。請參照第2C圖所示，由各個圓圈符號之分佈顯示第1C圖之手勢影像組已進行光線補償處理之膚色資料類聚分佈，在相同等級手勢上該膚色資料類聚分佈更為緊密。

本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法係選擇執行於該輸出單元[例如：影像顯示單元或其它影像輸出裝置]，其最後將該已光線補償手勢影像輸出至系統外或其它控制單元，以便進行後續其它手勢影像處理。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。

[無元件符號]

第1A圖：本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統輸入已分解重組處理之手勢影像組之示意圖。

第1B圖：本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統將手勢影像組以奇異值分解處理後，獲得光線補償手勢影像組之示意圖。

第1C圖：本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統將手勢影像組以適化性奇異值分解處理後，獲得光線補償手勢影像組之另一示意圖。

第2A圖：本發明較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1A圖之手勢影像組顯示膚色資料類聚分佈之示意圖。

第2B圖：本發明第一較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1B圖之手勢影像組顯示膚色資料類聚分佈之示意圖。

第2C圖：本發明第二較佳實施例之採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法及其系統於第1C圖之手勢影像組顯示膚色資料類聚分佈之示意圖。

[無元件符號]

Claims

一種採用奇異值分解進行光線補償處理之手勢影像辨識方法，其包含：輸入一手勢影像；利用一奇異值分解法應用於該手勢影像；以一光線補償法計算至少一光線補償係數；及利用該光線補償係數進行光線補償處理該手勢影像，以獲得一光線補償手勢影像。
依申請專利範圍第1項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識方法，其中該奇異值分解為適化性奇異值分解。
依申請專利範圍第1項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識方法，其中在分解該手勢影像時，在一RGB色域空間進行奇異值分解。
依申請專利範圍第3項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識方法，其中在該RGB色域空間進行奇異值分解時，在每一色域通道進行奇異值分解。
依申請專利範圍第3項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識方法，其中在該RGB色域空間進行奇異值分解時，分別計算R色域通道之光線補償係數、G色域通道之光線補償係數及B色域通道之光線補償係數。
一種採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識系統，其包含：一輸入單元，其用以輸入一手勢影像；一演算單元，其利用一奇異值分解法應用於該手勢影像；該演算單元以一光線補償法計算至少一光線補償係數；該演算單元利用該光線補償係數進行光線補償處理該手勢影像，以獲得一光線補償手勢影像；及一輸出單元，其用以輸出該光線補償手勢影像。
依申請專利範圍第6項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識系統，其中該奇異值分解為適化性奇異值分解。
依申請專利範圍第6項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識系統，其中在分解該手勢影像時，在一RGB色域空間進行奇異值分解。
依申請專利範圍第8項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識系統，其中在該RGB色域空間進行奇異值分解時，在每一色域通道進行奇異值分解。
依申請專利範圍第8項所述之採用奇異值分解光線補償處理之手勢影像辨識系統，其中在該RGB色域空間進行奇異值分解時，分別計算用於R色域通道之光線補償係數、G色域通道之光線補償係數及B色域通道之光線補償係數。