TWI475496B - 手勢控制裝置及於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法 - Google Patents

手勢控制裝置及於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法 Download PDF

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Description

手勢控制裝置及於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法
本發明關於一種手勢控制裝置，尤指一種於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法。
目前，使用者大多是透過鍵盤、滑鼠、觸控面板、遙控器等輸入裝置對電子裝置進行相關操作。然而，無論是使用鍵盤、滑鼠、觸控面板或是遙控器，使用者皆須以手握持或碰觸這些輸入裝置才能進行相關操作。此對使用者而言，稍嫌不便。隨著體感控制的運用越來越普及，未來更有可能改變現有的操作模式，其中手勢觸控的應用最為廣泛，一般手勢觸控主要係在一顯示器(或電視)上方中央處安裝一影像擷取模組以擷取面對該顯示器的使用者的手勢影像，經由軟體或硬體元件比對與分析而得以操作顯示畫面中的對應操作元件。目前，習知手勢控制裝置皆是在顯示器之顯示畫面中所即時顯示影像擷取模組所擷取的使用者影像中提供固定大小與位置的手勢操作區域，以供使用者於此固定的手勢操作區域的範圍內以手勢執行相關功能。然而，由於每一個使用者的體型、站姿(包括所站位置與面對影像擷取模組之角度等)、慣用手等不盡相同，如果使用者的手勢超出手勢操作區域的範圍，或是於使用中更換另一位不同體型、站姿、慣用手之使用者來操作時，便可能無法有效控制手勢控制裝置執行對應的功能。換言之，固定的手勢操作區域會對不同的使用者造成操作上的困擾。
本發明提供一種手勢控制裝置及於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法，以解決上述之問題。
根據一實施例，本發明之於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法包含：擷取至少一影像；偵測該至少一影像中是否存在一手掌；若該至少一影像中存在該手掌，偵測該至少一影像中是否同時存在一人臉；若該至少一影像中存在該人臉，根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域；以及當該手掌靜止不動超過一第一預定時間或於該手勢操作區域中偵測不到該手掌超過一第二預定時間時，取消該手勢操作區域。
根據另一實施例，本發明之手勢控制裝置包含一影像擷取單元以及一處理單元，其中處理單元電性連接於影像擷取單元。影像擷取單元用以擷取至少一影像。處理單元偵測該至少一影像中是否存在一手掌。若該至少一影像中存在手掌，處理單元偵測該至少一影像中是否同時存在一人臉。若該至少一影像中存在人臉，處理單元根據手掌與人臉設定一手勢操作區域。當處理單元偵測手掌靜止不動超過一第一預定時間或處理單元於手勢操作區域中偵測不到手掌超過一第二預定時間時，處理單元取消手勢操作區域。
綜上所述，本發明係在擷取影像後先進行手掌偵測以得到使用者的位置，再做人臉偵測，進而根據手掌與人臉設定對應此使用者之手勢操作區域。當手掌靜止不動超過第一預定時間(例如，五秒)或於手勢操作區域中偵測不到手掌超過第二預定時間(例如，三秒)時，手勢操作區域即會被取消。換言之，當使用者變換站姿或將慣 用手變換為非慣用手時，即可以上述方式來取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。同理，當目前的使用者換成另一個使用者時，亦可以上述方式來取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。藉此，本發明可根據使用者的體型、站姿、慣用手等設定適合特定使用者之手勢操作區域。此外，本發明還可讓使用者根據使用需求取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第1圖以及第2圖，第1圖為根據本發明一實施例之手勢控制裝置1的示意圖，第2圖為第1圖中的手勢控制裝置1的功能方塊圖。本發明之手勢控制裝置1可為任何具有資料處理功能之電子裝置，例如一體機電腦(All-in-One PC,AIO PC)、智慧型電視(Smart TV)、筆記型電腦(Notebook PC)等。如第1圖與第2圖所示，手勢控制裝置1包含一顯示單元10、一影像擷取單元12以及一處理單元14，其中顯示單元10以及影像擷取單元12分別電性連接於處理單元14。使用者3可於影像擷取單元12前以其手部30表現一手勢，手勢控制裝置1之處理單元14再根據影像擷取單元12擷取之影像進行影像辨識，以控制手勢對應元件100(例如，游標)或其它使用者介面於顯示單元10所顯示之顯示畫面102中執行對應功能。
於實際應用中，顯示單元10可為液晶顯示器、其它類型顯示器 或投影螢幕；影像擷取單元12可為電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)感測器或互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)感測器，但不以此為限；處理單元14可為具有資料運算/處理功能之處理器或控制器。一般而言，手勢控制裝置1中還會設有運作時必要的軟硬體元件，如記憶體(memory)、儲存裝置(storage device)、電源供應器、作業系統等，視實際應用而定。
請參閱第3圖至第8圖，第3圖為根據本發明一實施例之於手勢控制裝置1中設定及取消手勢操作區域之方法的流程圖，第4圖為第1圖中的影像擷取單元12所擷取且可顯示(亦可不顯示)在顯示單元10之顯示畫面102中之影像I的示意圖，第5圖為使用者3晃動手掌32的示意圖，第6圖為處理單元14偵測到影像I中同時存在使用者3之手掌32與人臉34的示意圖，第7圖為處理單元14根據手掌32與人臉34設定手勢操作區域5的示意圖，第8圖為處理單元14根據手掌32與人臉34設定另一手勢操作區域5的示意圖。
當使用者3位於影像擷取單元12前且舉起其手部30時(如第1圖所示)，執行第3圖中的步驟S100，利用影像擷取單元12擷取至少一影像I(如第4圖所示)。需說明的是，上述之手部30可為使用者3之右手或左手，而此實施例係以使用者3之右手來說明。此外，影像I可顯示或不顯示在顯示單元10之顯示畫面102中，視實際應用而定。接著，執行第3圖中的步驟S102，處理單元14偵測該至少一影像I中是否存在使用者3之手掌32。於此實施例中，使用者3可晃動手掌32(如第5圖所示)，以使處理單元14可以由 影像擷取單元12所擷取的連續影像中快速地偵測出手掌32，進而增進偵測速率。舉例而言，處理單元14可先偵測該至少一影像I中是否存在一移動物體(例如，晃動的手掌32)。若該至少一影像I中存在移動物體，則處理單元14會根據資料庫(未顯示)中的影像特徵判斷此移動物體是否為使用者3之手掌32。
若該至少一影像I中存在使用者3之手掌32，執行第3圖中的步驟S104，處理單元14偵測該至少一影像I中是否同時存在使用者3之人臉34。若該至少一影像I中不存在使用者3之手掌32，則回到第3圖中的步驟S100。若該至少一影像I中存在使用者3之人臉34，執行第3圖中的步驟S106，處理單元14根據手掌32與人臉34設定一手勢操作區域5(如第7圖與第8圖所示)。若該至少一影像中不存在使用者3之人臉34，則回到步驟S100。
於此實施例中，當處理單元14偵測該至少一影像I中存在使用者3之手掌32時，處理單元14可針對手掌32定義一手掌區域320；當處理單元14偵測該至少一影像I中存在使用者3之人臉34時，處理單元14可針對人臉34定義一人臉區域340，如第6圖所示。此外，處理單元14可於手掌32與該至少一影像I之一邊界I1之間的範圍內偵測人臉34。換言之，處理單元14不用針對整張影像I來偵測人臉34，進而增進偵測速率。
於此實施例中，手勢操作區域5之比例對應顯示畫面102之比例。如第1圖與第7圖所示，顯示畫面102之大小為M*N，且手勢操作區域5之大小為P*Q，則P/Q=M/N。換言之，當使用者3可以手掌32於手勢操作區域5表現任何手勢，以在顯示畫面102中執行 對應的功能，例如移動手勢對應元件100、啟動手勢對應元件100所指定的程式等。
處理單元14可根據手掌32之最大可伸展長度(亦即，手臂長度)以及人臉34之大小決定手勢操作區域5之大小。舉例而言，可於手勢控制裝置1中儲存如下表1所示之對照表。如表1所示，當手掌32之最大可伸展長度介於L0 ~L1 之間且人臉34之大小介於F0 ~F1 之間時，手勢操作區域5之大小即為X1 ，以此類推。
此外，處理單元14亦可根據手掌32與人臉34間之距離決定手勢操作區域5之大小。如第6圖所示，手掌32與人臉34間之距離可定義為手掌區域320與人臉區域340間之距離D。在計算出距離D後，處理單元14可將距離D放大一預定倍數作為手勢操作區域5之大小。舉例而言，可將距離D放大10倍作為手勢操作區域5之長度，且將距離D放大5倍作為手勢操作區域5之寬度。放大的預定倍數可根據實際應用而設計，不以上述實施例為限。
在計算出手勢操作區域5之大小後，處理單元可根據人臉34 以及手掌32來決定手勢操作區域5的位置。舉例而言，當手掌32為右手掌時，處理單元14可使人臉34位於手勢操作區域5之左上角，如第7圖所示。反之，當手掌32為左手掌時，處理單元14可使人臉34位於手勢操作區域5之右上角，如第8圖所示。
當處理單元14偵測手掌32靜止不動超過一第一預定時間(例如，五秒)時，處理單元14即會取消手勢操作區域5(第3圖中的步驟S108)。此外，當處理單元14於手勢操作區域5中偵測不到手掌32超過一第二預定時間(例如，三秒)時，處理單元14亦會取消手勢操作區域5(第3圖中的步驟S110)。
換言之，當使用者3變換站姿或將慣用手(例如，右手)變換為非慣用手(例如，左手)時，即可藉由上述步驟S108或S110來取消原先的手勢操作區域5並且藉由上述步驟S100-S106重新設定新的手勢操作區域5。同理，當目前的使用者3換成另一個使用者時，新的使用者亦可以上述步驟S108或S110來取消原先的手勢操作區域5並且藉由上述步驟S100-S106重新設定新的手勢操作區域5。
請參閱第9圖以及第10圖，第9圖為使用者3將手掌32移出手勢操作區域5的示意圖，第10圖為使用者3於手勢操作區域5中將手掌32轉變為握拳32'的示意圖。如第9圖所示，當使用者3將手掌32移出手勢操作區域5超過第二預定時間時，處理單元14即會判斷於手勢操作區域5中偵測不到手掌32並且取消手勢操作區域5。如第10圖所示，當使用者3於手勢操作區域5中將手掌32轉變為握拳32'超過第二預定時間時，處理單元14亦會判斷於手勢 操作區域5中偵測不到手掌32並且取消手勢操作區域5。
換言之，於此實施例中，使用者3可藉由使手掌32靜止不動超過第一預定時間、將手掌32移出手勢操作區域5超過第二預定時間或是於手勢操作區域5中將手掌32轉變為握拳32'超過第二預定時間，來取消手勢操作區域5。
此外，第3圖所示之於手勢控制裝置1中設定及取消手勢操作區域之方法之控制邏輯可以軟體設計來實現。當然，這些控制邏輯中的各個部分或功能皆可透過軟體、硬體或軟硬體的組合來實現。
綜上所述，本發明係在擷取影像後先進行手掌偵測以得到使用者的位置，再做人臉偵測，進而根據手掌與人臉設定對應此使用者之手勢操作區域。當手掌靜止不動超過第一預定時間(例如，五秒)或於手勢操作區域中偵測不到手掌超過第二預定時間(例如，三秒)時，手勢操作區域即會被取消。換言之，當使用者變換站姿或將慣用手變換為非慣用手時，即可以上述方式來取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。同理，當目前的使用者換成另一個使用者時，亦可以上述方式來取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。藉此，本發明可根據使用者的體型、站姿、慣用手等設定適合特定使用者之手勢操作區域。此外，本發明還可讓使用者根據使用需求取消原先的手勢操作區域並且重新設定新的手勢操作區域。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧手勢控制裝置
3‧‧‧使用者
5‧‧‧手勢操作區域
10‧‧‧顯示單元
12‧‧‧影像擷取單元
14‧‧‧處理單元
30‧‧‧手部
32‧‧‧手掌
32'‧‧‧握拳
34‧‧‧人臉
100‧‧‧手勢對應元件
102‧‧‧顯示畫面
320‧‧‧手掌區域
340‧‧‧人臉區域
I‧‧‧影像
I1‧‧‧邊界
D‧‧‧距離
M、P‧‧‧長度
N、Q‧‧‧寬度
S100-S110‧‧‧步驟
第1圖為根據本發明一實施例之手勢控制裝置的示意圖。
第2圖為第1圖中的手勢控制裝置的功能方塊圖。
第3圖為根據本發明一實施例之於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法的流程圖。
第4圖為第1圖中的影像擷取單元所擷取之影像的示意圖。
第5圖為使用者晃動手掌的示意圖。
第6圖為處理單元偵測到影像中同時存在使用者之手掌與人臉的示意圖。
第7圖為處理單元根據手掌與人臉設定手勢操作區域的示意圖。
第8圖為處理單元根據手掌與人臉設定另一手勢操作區域的示意圖。
第9圖為使用者將手掌移出手勢操作區域的示意圖。
第10圖為使用者於手勢操作區域中將手掌轉變為握拳的示意圖。
S100-S110‧‧‧步驟

Claims (16)

  1. 一種於手勢控制裝置中設定及取消手勢操作區域之方法，包含：擷取至少一影像；偵測該至少一影像中是否存在一手掌；若該至少一影像中存在該手掌，偵測該至少一影像中是否同時存在一人臉；若該至少一影像中存在該人臉，根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域；以及當該手掌靜止不動超過一第一預定時間或於該手勢操作區域中偵測不到該手掌超過一第二預定時間時，取消該手勢操作區域。
  2. 如請求項1所述之方法，其中偵測該至少一影像中是否存在一手掌之步驟包含：偵測該至少一影像中是否存在一移動物體；以及若該至少一影像中存在該移動物體，判斷該移動物體是否為該手掌。
  3. 如請求項1所述之方法，其中偵測該至少一影像中是否同時存在一人臉之步驟包含：於該手掌與該至少一影像之一邊界之間的範圍內偵測該人臉。
  4. 如請求項1所述之方法，其中根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域之步驟包含： 當該手掌為右手掌時，使該人臉位於該手勢操作區域之左上角；以及當該手掌為左手掌時，使該人臉位於該手勢操作區域之右上角。
  5. 如請求項1所述之方法，其中根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域之步驟包含：根據該手掌之最大可伸展長度以及該人臉之大小決定該手勢操作區域之大小。
  6. 如請求項1所述之方法，其中根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域之步驟包含：根據該手掌與該人臉間之距離決定該手勢操作區域之大小。
  7. 如請求項1所述之方法，其中當於該手勢操作區域中偵測不到該手掌超過一第二預定時間時，取消該手勢操作區域之步驟包含：當該手掌於該手勢操作區域中轉變為握拳超過該第二預定時間時，判斷於該手勢操作區域中偵測不到該手掌。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該手勢操作區域之比例對應一顯示畫面之比例。
  9. 一種手勢控制裝置，包含：一影像擷取單元，用以擷取至少一影像；以及一處理單元，電性連接於該影像擷取單元，該處理單元偵測該至少一影像中是否存在一手掌，若該至少一影像中存在該手掌，該處理單元偵測該至少一影像中是否同時存在一 人臉，若該至少一影像中存在該人臉，該處理單元根據該手掌與該人臉設定一手勢操作區域，當該處理單元偵測該手掌靜止不動超過一第一預定時間或該處理單元於該手勢操作區域中偵測不到該手掌超過一第二預定時間時，該處理單元取消該手勢操作區域。
  10. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中該處理單元偵測該至少一影像中是否存在一移動物體，若該至少一影像中存在該移動物體，該處理單元判斷該移動物體是否為該手掌。
  11. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中該處理單元於該手掌與該至少一影像之一邊界之間的範圍內偵測該人臉。
  12. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中當該手掌為右手掌時，該處理單元使該人臉位於該手勢操作區域之左上角，當該手掌為左手掌時，該處理單元使該人臉位於該手勢操作區域之右上角。
  13. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中該處理單元根據該手掌之最大可伸展長度以及該人臉之大小決定該手勢操作區域之大小。
  14. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中該處理單元根據該手掌與該人臉間之距離決定該手勢操作區域之大小。
  15. 如請求項9所述之手勢控制裝置，其中當該手掌於該手勢操作區域中轉變為握拳超過該第二預定時間時，該處理單元判斷於該手勢操作區域中偵測不到該手掌。
  16. 如請求項9所述之手勢控制裝置，另包含一顯示單元，電性連 接於該處理單元，該顯示單元用以顯示一顯示畫面，該手勢操作區域之比例對應該顯示畫面之比例。
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