TWM468724U - 指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置 - Google Patents

Description

指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置

　　本創作係有關於一種指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，尤其是指一種利用影像截取模組進行攝取手寫軌跡的連續畫面，以影像軌跡線條追蹤的方式來進行手寫文字辨識，以達成由影像追蹤目標為輸入介面的指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置。

　　按，於通訊技術日益蓬勃發展的現代社會中，行動電話的研發使用，解決了民眾僅能在室內使用室內電話或在室外使用公用電話的窘境，而只要在通訊業者發射訊號之基地台所設立的範圍內，消費者皆可利用行動電話直接與另一方進行通話，令其於使用上具有極佳之實用便利性，也因此，行動電話廣為受到人們熱愛使用，其持有率幾乎可說是人手一機、甚至是一人使用多支行動電話亦不足為奇。

　　而隨著科技的日新月異，觸控裝置漸漸普及，使得行動電話於使用觸控介面後，其功能亦日益增強，令附加功能及消費者使用取向越來越多；許多高階手機從基礎的撥打功能進化到商務功能，也因商務用途所需，手寫功能逐漸發展，且於近年來更是把這類高端功能帶往娛樂化用途，現在便有部份消費性產品捨棄鍵盤，以手寫為輸入介面，並令這股趨勢，慢慢往個人電腦發展。

　　然，上述手寫功能雖同樣能於個人電腦上達到進行手寫輸入之預期功效，但也在其實際施行使用上發現，在個人電腦方面，觸控手寫功能需經由觸控筆、手寫盤或觸控螢幕來達成，而這類產品往往較為昂貴，且手寫受限於觸控螢幕的大小，致令其在整體結構設計上仍存有改進之空間。

　　緣是，創作人有鑑於手寫輸入的方便性，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失予以研究改良，提供一種指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，以期達到更佳實用價值性之目的者。

　　本創作之主要目的在於提供一種指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其主要係利用影像截取模組進行攝取手寫軌跡的連續畫面，再經由膚色二值化影像處理模組處理影像、手部區塊判定模組判斷出影像中之手部區塊、指尖座標追蹤模組篩選出指尖位置，及指尖座標軌跡記錄模組將指尖位置座標予以記錄，藉以清楚判斷出指尖的動作軌跡，進而以影像軌跡線條追蹤的方式來進行手寫文字輸入的目的。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

　　其主要係包括有：

　　影像截取模組，用以攝取手寫軌跡並轉換為影像檔案；

　　膚色二值化影像處理模組，其與影像截取模組連接，將影像檔案膚色區域由背景中篩選出來，以將皮膚顏色與背景顏色進行二值化分離，判斷出膚色區塊邊緣；

　　手部區塊判定模組，其與膚色二值化影像處理模組連接，用以將膚色二值化後的影像中標定出手部區塊及臉部區塊，然後擷取出正確的手部區塊；

　　指尖座標追蹤模組，其與手部區塊判定模組連接，將手部區塊判定模組所判斷出之手部區塊界定出手部影像外框，以影像外框四邊上的各尖點位置篩選出指尖位置；

　　指尖座標軌跡記錄模組，其與指尖座標追蹤模組連接，以將每張畫面進行指尖辨識，且將畫面中之指尖位置座標予以記錄，將所記錄之各座標點進行連結即為一軌跡狀態，使得各座標點所形成之座標序列即能作為指尖軌跡識別使用。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該影像截取模組為視訊鏡頭、攝影機任一種。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該膚色二值化影像處理模組係將輸入影像原始的ＲＧＢ色彩空間轉換為ＨＳＶ色彩空間進行處理，並以斷開［ｏｐｅｎｉｎｇ］與閉合［ｃｌｏｓｉｎｇ］運算來進行消除雜點或修補缺損的區塊，再藉由邊界偵測運算判斷出膚色區塊邊緣。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該手部區塊判定模組，係利用連接元區域標定［ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｌａｂｅｌｉｎｇ］把影像中屬於相同物件之相連像素找出來，藉此標定出影像中手部區塊及臉部區塊。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該手部區塊判定模組係針對手部區塊及臉部區塊，與一色調［Ｈｕｅ］預設門檻值進行比對，以判定手部區域。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該色調［Ｈｕｅ］預設門檻值範圍，為最小值４度與最大值２５度間的膚色值。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該指尖座標追蹤模組係將手部影像外框之各尖點與前後點計算出兩向量，以這兩向量計算夾角，比對外框四邊夾角最小者即係為指尖。

　　本創作指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置的較佳實施例，其中，該指尖座標追蹤模組所述之尖點夾角最大值之角度超出４５度即表示非指尖位置。

（１）‧‧‧影像截取模組

（２）‧‧‧膚色二值化影像處理模組

（３）‧‧‧手部區塊判定模組

（４）‧‧‧指尖座標追蹤模組

（５）‧‧‧指尖座標軌跡記錄模組

（６）‧‧‧輸出模組

第一圖：本創作之架構示意圖

　　為令本創作所運用之技術內容、創作目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　首先，請參閱第一圖本創作之架構示意圖所示，本創作主要係包括有：

　　影像截取模組（１），其可為視訊鏡頭、攝影機等，用以攝取手寫軌跡並轉換為影像檔案；

　　膚色二值化影像處理模組（２），其與影像截取模組（１）連接，主要是在處理影像檔案畫面中的膚色部分與背景分離，並進一步消除影像外形的雜點，係將輸入影像從三原色［ＲＧＢ］色彩空間轉換到ＨＳＶ色彩空間，ＨＳＶ色彩空間是將色彩分為三個基本屬性：色調［Ｈｕｅ］、飽和度［Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ］和亮度［Ｖａｌｕｅ］來確定顏色的一種方法，由於ＨＳＶ可以將飽和度［Ｓ］和亮度［Ｖ］分離，以減少光線對實驗環境的干擾，使得將輸入影像原始的ＲＧＢ色彩空間轉換為ＨＳＶ色彩空間後，便可以將膚色區域由背景中篩選出來，以將皮膚顏色與背景顏色進行二值化分離，繼之，將處理二值化後之影像以開閉運算進行來消除雜點或修補缺損的區塊，再藉由邊界偵測運算判斷出膚色區塊邊緣；

　　手部區塊判定模組（３），其與膚色二值化影像處理模組（２）連接，主要是將膚色二值化後的影像中，擷取出正確的手部區域，係利用連接元區域標定［ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｌａｂｅｌｉｎｇ］把影像中屬於相同物件之相連像素找出來，藉此標定出影像中手部區塊及臉部區塊，之後，針對手部區塊及臉部區塊，與一預設門檻值［如：色調［Ｈｕｅ］範圍最小值４度與最大值２５度間的膚色值］進行比對，若兩區塊紅膚色比例皆大於一定值，則比例大者為手部，若僅一區塊大於紅膚色比例門檻，則此區塊為手部，若兩者皆不符，則畫面判定為無手部區域；

　　指尖座標追蹤模組（４），其與手部區塊判定模組（３）連接，將經由手部區塊判定模組（３）所判斷出之手部區塊像素從左至右、由上至下進行統計各點座標位置，找出Ｘ與Ｙ座標之最大與最小值，再以此值標示出矩形外框即為手部影像外框，因為以指尖書寫的方式中食指指尖通常會位於手部位置外框上，所以求得影像外框四邊上的尖點位置後，接著要從這四個尖點之中進行指尖位置篩選，以選出真正的指尖位置，係將各尖點與前後點計算出兩向量，以這兩向量計算夾角即可得知尖點座標與前後像素座標之夾角，比對外框四邊夾角最小者即係為指尖，且為避免手部未伸出手指時造成誤判，使得可設定夾角最大值之角度［４５度為佳］，使得於超出此角度時即表示非指尖位置；

　　指尖座標軌跡記錄模組（５），其與指尖座標追蹤模組（４）連接，以將每張畫面進行指尖辨識，且將畫面中之指尖位置座標予以記錄，將所記錄之各座標點進行連結即為一軌跡狀態，使得各座標點所形成之座標序列即能作為指尖軌跡識別使用；

　　輸出模組（６），其與指尖座標軌跡記錄模組（５）連接，其可為顯示螢幕，以將使用者指尖之動作軌跡進行輸出顯示。

　　如此一來，使得本創作於使用上，其即可令使用者於影像截取模組（１）前進行手指書寫等動作，令影像截取模組（１）予以攝取手寫軌跡並轉換為影像檔案後，傳輸至膚色二值化影像處理模組（２），以利用膚色二值化影像處理模組（２）將拍攝之畫面中的皮膚顏色與背景顏色進行二值化分離，且經由開閉運算、邊界偵測等影像處理，傳輸至手部區塊判定模組（３）判斷出手部區塊後，傳輸至指尖座標追蹤模組（４）以找出指尖的座標位置，再利用指尖座標軌跡記錄模組（５）將每張畫面中之指尖位置座標予以記錄，所記錄之各座標點進行連結即為一軌跡狀態，使得各座標點所形成之座標序列即能作為指尖軌跡識別使用，即可傳輸至輸出模組（６）將使用者指尖之動作軌跡進行輸出顯示。

　　藉由以上所述，本創作結構之組成與使用實施說明可知，本創作與現有結構相較之下，本創作主要係利用影像截取模組進行攝取手寫軌跡後，再經由膚色二值化影像處理模組、手部區塊判定模組、指尖座標追蹤模組及指尖座標軌跡記錄模組即可清楚判斷出指尖的動作軌跡，以達成由影像追蹤指尖作為輸入介面的操作方式，其建置成本比觸控裝置少上許多，且手寫操作上無接觸到辨識裝置，可減少所留下的痕跡，安全或大眾衛生方面表現較傳統的觸控螢幕為佳，加上手寫操作不必受限於觸控螢幕的大小，使得能廣泛的運用於輔助輸入工具，以增加其產品競爭力，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

　　前述之實施例或圖式並非限定本創作之結構樣態，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本創作之專利範疇。

　　綜上所述，本創作實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出新型專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)‧‧‧影像截取模組

(2)‧‧‧膚色二值化影像處理模組

(3)‧‧‧手部區塊判定模組

(4)‧‧‧指尖座標追蹤模組

(5)‧‧‧指尖座標軌跡記錄模組

(6)‧‧‧輸出模組

Claims (8)

1. 一種指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其主要係包括有：
   　　影像截取模組，用以攝取手寫軌跡並轉換為影像檔案；
   　　膚色二值化影像處理模組，其與影像截取模組連接，將影像檔案膚色區域由背景中篩選出來，以將皮膚顏色與背景顏色進行二值化分離，判斷出膚色區塊邊緣；
   　　手部區塊判定模組，其與膚色二值化影像處理模組連接，用以將膚色二值化後的影像中標定出手部區塊及臉部區塊，然後擷取出正確的手部區塊；
   　　指尖座標追蹤模組，其與手部區塊判定模組連接，將手部區塊判定模組所判斷出之手部區塊界定出手部影像外框，以影像外框四邊上的各尖點位置篩選出指尖位置；
   　　指尖座標軌跡記錄模組，其與指尖座標追蹤模組連接，以將每張畫面進行指尖辨識，且將畫面中之指尖位置座標予以記錄，將所記錄之各座標點進行連結即為一軌跡狀態，使得各座標點所形成之座標序列即能作為指尖軌跡識別使用。
2. 如申請專利範圍第１項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該影像截取模組為視訊鏡頭、攝影機任一種。
3. 如申請專利範圍第１或２項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該膚色二值化影像處理模組係將輸入影像原始的ＲＧＢ色彩空間轉換為ＨＳＶ色彩空間進行處理，並以斷開［ｏｐｅｎｉｎｇ］與閉合［ｃｌｏｓｉｎｇ］運算來進行消除雜點或修補缺損的區塊，再藉由邊界偵測運算判斷出膚色區塊邊緣。
4. 如申請專利範圍第３項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該手部區塊判定模組係利用連接元區域標定［ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｌａｂｅｌｉｎｇ］把影像中屬於相同物件之相連像素找出來，藉此標定出影像中手部區塊及臉部區塊。
5. 如申請專利範圍第１或４項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該手部區塊判定模組係針對手部區塊及臉部區塊，與一色調［Ｈｕｅ］預設門檻值進行比對，以判定手部區域。
6. 如申請專利範圍第５項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該色調［Ｈｕｅ］預設門檻值範圍，為最小值４度與最大值２５度間的膚色值。
7. 如申請專利範圍第４項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該指尖座標追蹤模組係將手部影像外框之各尖點與前後點計算出兩向量，以這兩向量計算夾角，比對外框四邊夾角最小者即係為指尖。
8. 如申請專利範圍第７項所述指尖軌跡追蹤與記錄之自動光學偵測裝置，其中，該尖點夾角最大值之角度超出４５度即表示非指尖位置。