TWI471814B - 降低背景干擾的手勢判斷方法及其裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種手勢判斷方法及其裝置，且特別是有關於一種可降低背景干擾的手勢判斷方法及其裝置。
圖1A~圖1E為一使用者之手勢由左往右揮動之連續示意圖，而圖1F則為圖1A~圖1E之物件重心連續移動之軌跡示意圖。請先參考圖1A，首先使用者的手部尚未移動，而由圖1A之影像I1可隱約看到使用者之身體作為背景影像。接著，由圖1B~圖1D可發現使用者的手部影像由左側往右側移動時，其手部先是逐漸變大又變亮後又逐漸變小並變暗，最後又恢復成以使用者之身體作為背景影像。
一般來說，計算物件之位置時通常是根據物件之平均亮度值進行物件重心位置P1~P7的計算，並計算出不同時間下的移動向量V1~V6。然而由圖1A~圖1E可發現，影像擷取單元所擷取之影像I1~I5中具有背景亮度時(意即：背景影像)，因此在手部揮動之前及手部揮動過後，其物件重心位置的便容易落在同一點上，如圖1F所繪示之物件重心P1、P7。如此一來，圖1A~圖1E所形成的軌跡便會如圖1F所繪示之類似於畫圓的軌跡，其中由於圖1A與圖1E皆無使用者手部之影像，因此其最後的重心位置便容易落回相同之重心位置，意即如圖1F所繪示之位移量△x=0的情況。
換言之，使用者之手部若是由左向右揮動時，其所產生的物件重心位置P1~P7便會呈現如圖1F所繪示之軌跡，其中由於位移量△x=0，因此處理器便可能判斷使用者的手勢是畫圓的動作而產生誤判。
本發明提供一種手勢判斷方法，其可藉由物件影像之亮度或尺寸而調整移動向量，藉以降低背景干擾，而具有較佳的手勢判斷表現。
本發明另提供一種手勢判斷裝置，其可採用上述的方式，而具有較佳的手勢判斷表現。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種降低背景干擾的手勢判斷方法，其包括下列步驟。首先，依序擷取複數張影像。接著，計算出每一這些影像中一物件的位置，以獲得物件在不同時間下的一移動向量。而後，決定每一這些影像中物件的平均亮度。接著，依據每一這些影像中物件的平均亮度分別調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小。
在本發明之一實施例中，調整移動向量之大小與每一這些影像中物件的平均亮度呈正相關。在本發明之一實施例中，每一這些影像中物件的平均亮度越大，則調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小的比重就越重。在本發明之一實施例中，比重係為一多項式關係。
在本發明之一實施例中，每一這些影像至少包括一背景影像或一物件影像。在本發明之一實施例中，每一這些影像中物件的位置係為背景影像或物件影像至少其一的重心位置。
在本發明之一實施例中，上述方法更包括下列步驟。首先，決定每一這些影像中物件的平均大小。接著，依據每一這些影像中物件的平均亮度以及平均大小分別調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小。
在本發明之一實施例中，上述方法更包括依據分別調整後的至少一物件在不同時間下的移動向量之大小，獲得物件的移動軌跡。
本發明之一實施例另提出一種降低背景干擾的手勢判斷方法，其包括下列步驟。首先，依序擷取複數張影像。接著，計算出每一這些影像中一物件的位置，以獲得物件在不同時間下的一移動向量。而後，決定每一這些影像中物件的平均大小。接著，依據每一這些影像中物件的平均大小分別調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小。
本發明之一實施例又提出一種降低背景干擾的手勢判斷方法，其包括下列步驟。首先，依序擷取複數張影像。接著，計算出每一這些影像中一物件的位置，以獲得物件在不同時間下的一移動向量。而後，決定每一這些影像中物件的距離。接著，依據每一這些影像中物件的距離分別調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小。
在本發明之一實施例中，決定每一這些影像中物件的距離的方式包括利用一測距系統量測物件在不同時間下相對於一影像擷取裝置的距離。
本發明之一實施例更提出一種手勢判斷裝置，其包括一影像擷取單元以及一處理單元。影像擷取單元依序擷取複數張影像。處理單元適於進行以下步驟。首先，計算出每一這些影像中一物件的位置，以獲得物件在不同時間下的一移動向量。之後，依據每一這些影像中物件的平均亮度或平均大小或物件形狀等資訊至少其一分別調整至少一物件在不同時間下的移動向量之大小。
基於上述，本發明之手勢判斷方法及其裝置可利用不同時
間下物件的平均亮度分別調整不同時間下的移動向量，藉以避免手勢判斷機制產生誤判的情況。另外，本發明也可利用不同時間下物件的平均大小或形狀分別調整不同時間下的移動向量，達到上述的目的。此外，本發明亦可利用物件距離影像擷取裝置的遠近，作為調整不同時間下的移動向量之權重，亦可避免手勢判斷機制產生誤判的情況。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖2為本發明之一實施例之手勢判斷裝置的示意圖。請參考圖2，本實施例之手勢判斷裝置200包括一影像擷取單元210以及一處理單元220。影像擷取單元210可以是一互補式金氧半(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)影像感測器或一電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)影像感測器，其中影像擷取單元210適於依序擷取複數張影像。具體來說，本實施例之手勢判斷裝置200可包括一發光元件230，其中發光元件230適於提供一光束L1，如此一來，當物體(如：人體之手部)靠近手勢判斷裝置200時，影像擷取單元210便可接收被物體所反射之光束L1，進而可依序擷取具有物體移動之複數張影像，如前述圖1A~圖1E所繪示之手部移動影像I1~I5。在本實施例中，發光元件230之光束L1是以紅外光作
為實施範例，但不限於此，發光元件230亦可提供其他不可見光之波段的光束L1。實務上，為了可擷取物體反射光束L1之影像，影像擷取單元210亦需使用可偵測光束L1之波段影像感測器。
請繼續參考圖2，本實施例之處理單元220可以是採用數位信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)或是其他適當的處理器進行影像處理與分析，其中處理單元220適於接收影像擷取單元210所擷取之複數張影像並進行後續之處理及運算。具體來說，處理單元220通常會先分別計算出每一這些影像中一物件(例如：逐漸靠近/遠離影像擷取單元210之手部)的位置，藉以獲得物件在不同時間下的一移動向量V1~V6，如前述圖1F所繪示之物件的重心位置P1~P7及依據重心位置P1~P7所計算出的移動向量V1~V6。
一般計算物件之位置時，通常是根據物件之平均亮度值進行物件重心位置P1~P7的計算，並計算出不同時間下的移動向量V1~V6，然而影像擷取單元210所擷取之影像若具有背景亮度時(意即：影像擷取單元210所擷取的影像至少包括一背景影像時)，在手部揮動之前及手部揮動過後，其物件重心位置的便容易落在同一點上，如圖1F所繪示之物件重心位置P1、P7及位移量△x=0。也就是說，使用者之手部由左向右揮動之物件重心位置P1~P7便會呈現如圖1F所繪示之軌跡，其中由於位移量△x=0，因此處理單元220便可能判斷使用者的手勢是畫圓的動作而產生誤判。本實施例為了避免前述所產生誤判的情況發生，便加入權重的概念於移動向量上，藉以產生新軌跡及物件重心位置，以下將進行較為詳細之說明。
一般來說，使用者進行手勢揮動時，手部的位置通常會相
較於身體而更為靠近影像擷取單元210，如此一來，手部的影像亮度相較於背景的影像亮度便會較亮，換言之，本實施例便可透過物件影像之平均亮度值作為權重而調整前述的移動向量V1~V6，以獲得修正後之物件移動軌跡及依據調整後之移動向量V21~V26而獲得的重心位置P21~P27，如圖3所繪示。
在本實施例中，調整移動向量V21~V26之大小是與每一這些影像中物件的平均亮度呈正相關，其中物件的平均亮度越大，則調整物件在不同時間下的移動向量V21~V26之大小的比重就越重，而比重可以是一多項式關係。具體來說，當物件越亮時被調整的移動向量會較大，而當物件越暗時被調整的移動向量便會較小，如此一來，對應產生的新的物件重心位置P21~P27便會不同於原先的重心位置P1~P7，如圖1F與圖3所繪示。由圖3可知，當使用者之手部是由左向右揮動時，由於物件重心位置P21~P27是經過前述對移動向量的加權方式所獲得的，因此物件重心位置P21~P27的軌跡便會呈現圖3所繪示之軌跡，其中由於位移量△x>0，因此處理單元220便可判斷使用者的手勢是由左向右揮動。相反地，若位移量△x<0時，便可對應地判斷使用者之手部是由右向左揮動。
需要說明的是，當使用者的手部移動係為旋轉手勢時，由於移動軌跡大致都會同一平面上移動，因此物件的影像亮度大致上都會是相同的，再者，旋轉的手勢相較於由左向右揮動或由右向左揮動的手勢不易發生產生忽然出現並靠近影像擷取單元210又忽然離開並遠離影像擷取單元210的情況，因此本實施例以亮度作為權重而對移動向量進行加權，實質上並不會影響到旋轉手勢之判斷。
值得一提的是，上述實施例是以物件影像之平均亮度值調
整移動向量V1~V6之權重作為實施範例。然而，於另一實施例中，亦可根據物件影像之尺寸大小而調整移動向量V1~V6之權重，如圖4所繪示之調整後之運動軌跡，以下將進行較為詳細之說明。
具體來說，當使用者之手部由左向右揮動時，其通常會先靠近影像擷取單元210後再離開影像擷取單元210，因此，本實施例便可透過物件影像之尺寸大小作為權重而調整前述的移動向量V1~V6，以獲得修正後之物件移動軌跡及依據調整後之移動向量V31~V36而獲得的重心位置P31~P37，如圖4所繪示。類似地，當使用者之手部是由左向右揮動時，由於物件重心位置P31~P37是經過前述利用物件影像之尺寸大小對移動向量V1~V6的加權方式所獲得的，因此物件重心位置P31~P37的軌跡便會呈現圖4所繪示之軌跡，其中由於位移量△x>0，因此處理單元220便可判斷使用者的手勢是由左向右揮動。相反地，若位移量△x<0時，便可對應地判斷使用者之手部是由右向左揮動。
同樣地，當使用者的手部移動係為旋轉手勢時，由於移動軌跡大致都會同一平面上移動，因此物件的影像尺寸大致上都會是相同的，再者，旋轉的手勢相較於由左向右揮動或由右向左揮動的手勢不易發生產生忽然出現並靠近影像擷取單元210又忽然離開並遠離影像擷取單元210的情況，因此本實施例以物件尺寸作為權重而對移動向量進行加權，實質上並不會影響到旋轉手勢之判斷。值得一提的是，本實施例亦可同時根據物件之平均亮度與尺寸大小作為調整移動向量V1~V6之權重。
圖5為本發明另一實施例之手勢判斷裝置的示意圖。請參考圖5，本實施例之手勢判斷裝置500與前述的手勢判斷裝置
200採用類似的概念，二者不同之處在於：本實施例之手勢判斷裝置500更包括一測距系統510，其中測距系統510量測物件在不同時間下相對於影像擷取裝置210的距離，而處理單元220則可根據物件在不同時間下相對於影像擷取裝置210的距離而分別調整移動向量V1~V6之權重大小，以避免手勢判斷裝置500產生誤判的情況。其中，加權後之軌跡類似於前述的圖3與圖4所繪示，在此便不再贅述。
需要說明的是，當使用者的手部移動係為旋轉手勢時，由於移動軌跡大致都會同一平面上移動，因此物件在不同時間下相對於影像擷取裝置210的距離大致上都會是相同的，再者，旋轉的手勢相較於由左向右揮動或由右向左揮動的手勢不易發生產生忽然出現並靠近影像擷取單元210又忽然離開並遠離影像擷取單元210的情況，因此本實施例以物件在不同時間下相對於影像擷取裝置210的距離作為權重而對移動向量進行加權，實質上並不會影響到旋轉手勢之判斷。
綜上所述，本發明之手勢判斷方法及其裝置至少具有以下優點。首先，本發明可利用不同時間下物件的平均亮度分別調整不同時間下的移動向量，藉以避免手勢判斷機制產生誤判的情況。另外，本發明也可利用不同時間下物件的平均大小或形狀分別調整不同時間下的移動向量，達到上述的目的。此外，本發明亦可利用物件距離影像擷取裝置的遠近，作為調整不同時間下的移動向量之權重，亦可避免手勢判斷機制產生誤判的情況。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須
達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
200‧‧‧手勢判斷裝置
210‧‧‧影像擷取單元
220‧‧‧處理單元
230‧‧‧發光元件
500‧‧‧手勢判斷裝置
510‧‧‧測距系統
L1‧‧‧光束
P1~P7‧‧‧重心位置
V1~V6‧‧‧移動向量
V21~V26‧‧‧移動向量
P21~P27‧‧‧重心位置
V31~V36‧‧‧移動向量
P31~P37‧‧‧重心位置
I1~I5‧‧‧影像
△x‧‧‧位移量
圖1A~圖1E為一使用者之手勢由左往右揮動之連續示意圖。
圖1F則為圖1A~圖1E之物件重心連續移動之軌跡示意圖。
圖2為本發明之一實施例之手勢判斷裝置的示意圖。
圖3為根據物件影像之平均亮度而調整圖1F之移動向量後所產生之重心連續移動的軌跡示意圖。
圖4為根據物件影像之尺寸大小而調整圖1F之移動向量後所產生之重心連續移動的軌跡示意圖。
圖5為本發明另一實施例之手勢判斷裝置的示意圖。
V21~V26‧‧‧移動向量
P21~P27‧‧‧重心位置
△x‧‧‧位移量
Claims (17)
- 一種降低背景干擾的手勢判斷方法，包括：依序擷取複數張影像；計算出每一該些影像中一物件的二維座標位置，以獲得該物件在不同時間下的一移動向量；決定每一該些影像中該物件的平均亮度；以及依據每一該些影像中該物件的平均亮度分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，其中，調整該移動向量之大小與每一該些影像中該物件的平均亮度呈正相關。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一該些影像中該物件的平均亮度越大，則調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小的比重就越重。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中比重係為一多項式關係。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一該些影像至少包括一背景影像或一物件影像。
- 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中每一該些影像中該物件的二維座標位置係為該背景影像或該物件影像至少其一的重心位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：決定每一該些影像中該物件的平均大小；以及依據每一該些影像中該物件的平均亮度以及平均大小分別 調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：依據分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，獲得該物件的移動軌跡。
- 一種降低背景干擾的手勢判斷方法，包括：依序擷取複數張影像；計算出每一該些影像中一物件的二維座標位置，以獲得該物件在不同時間下的一移動向量；決定每一該些影像中該物件的平均大小；以及依據每一該些影像中該物件的平均大小分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，其中，調整該移動向量之大小與每一該些影像中該物件的平均大小呈正相關。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中每一該些影像中該物件的平均大小越大，則調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小的比重就越重。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中比重係為一多項式關係。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中每一該些影像至少包括一背景影像或一物件影像。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中每一該些影像中該物件的二維座標位置係為該背景影像或該物件影像至少其一的重心位置。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包括：依據分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，獲得該物件的移動軌跡。
- 一種降低背景干擾的手勢判斷方法，包括：依序擷取複數張影像；計算出每一該些影像中一物件的二維座標位置，以獲得該物件在不同時間下的一移動向量；決定每一該些影像中該物件的距離；以及依據每一該些影像中該物件的距離分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，其中，調整該移動向量之大小與每一該些影像中該物件的距離呈負相關。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中決定每一該些影像中該物件的距離的方式包括：利用一測距系統量測該物件在不同時間下相對於一影像擷取裝置的距離。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中每一該些影像中該物件的距離越小，則調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小的比重就越重。
- 一種手勢判斷裝置，包括：一影像擷取單元，依序擷取複數張影像；以及一處理單元，適於進行以下步驟：計算出每一該些影像中一物件的二維座標位置，以獲 得該物件在不同時間下的一移動向量；及依據每一該些影像中該物件的平均亮度或平均大小至少其一分別調整該至少一物件在不同時間下的該移動向量之大小，其中，調整該移動向量之大小與每一該些影像中該物件的平均亮度或平均大小至少其中之一呈正相關。
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