[发明专利]基于物件追踪的手势辨识方法及系统

说明书

技术领域

本发明是有关一种手势检测，特别是关于一种动态手势辨识。

背景技术

手势控制系统提供简单且直觉式的操作便利性，但是使用诸如触控面板这类接触式的人机接口的系统限制使用者必须紧贴该接口操作，对于某些应用而言相当不便。相反的，使用非接触式接口的手势控制系统让使用者能在相对较远的距离操作，但是必须通过影像的撷取及辨识来判断手势，所以难度较高。

一种已知的手势辨识方法是输入可见光影像，从影像中辨识肤色范围，再对肤色范围辨识形状找出手的位置，依据连续影像中手的位置的变化追踪手的位移，进而判断出手势。然而肤色分析需要很复杂的演算法，而且与环境光有密切的关系，错误率比较高。手势的形状辨识也需要复杂的演算法，还要求使用者维持固定的手势形状，例如五指张开或手指比着V字形，因此不能检测某些手势，例如翻掌、握拳变张开手指、张开手指变握拳。不同使用者的手结构差异也增加辨识的困难度或错误率。其他的缺点还有暗处无法检测、需要特定的手掌起手式等等。由于依赖形状辨识来追踪手的位移，所以这类方法只能辨识在影像的X轴及Y轴运动的手势，不能辨识在影像的Z轴运动的手势，因此不能检测手向前推或向后拉的手势。在某些应用中，例如手机或笔记本电脑，使用者的背后可能会有人体移动，这也可能造成辨识错误。

另一种依靠连续影像的手势辨识方法，例如微软的体感装置Kinect，除了二维的影像分析以外，还利用影像的深度信息来建立人体的骨架模型，再藉骨架模型来追踪手的位置变化以进行手势辨识。这种方法使用的演算法更复杂，需要更多运算时间，虽然可以检测在影像的Z轴运动的手势，但是只能应用在一个固定的操作距离，而且允许使用者前后移动的空间很小，如果使用者不在预设的操作距离上，或是使用环境不足以提供预设的操作距离，那么这种辨识系统就不能使用。这种操作距离的僵固性对手势辨识系统的制造商造成困扰，制造商只能预设一个合理的操作距离，并以其为基础设定手势辨识系统的参数值，因此这种辨识系统无法适用在不同的场合。

上述两种方法皆需大量的运算，因此软硬件的成本比较高，不适合某些较简单的应用，而且大量的运算还会造成系统的反应较慢。上述两种方法也不适合短距离的应用，例如操作距离在1米以内时，系统的稳定度会变差。此外，上述两种方法都需要依赖手的肤色和轮廓来作辨识，所以载手套、手指卷曲或手指不全也不适用，当然也不适用在其他物件操作，例如笔或纸卷。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种简单的手势辨识方法及系统。

本发明的目的之一，在于提出一种较低成本的手势辨识方法及系统。

本发明的目的之一，在于提出一种基于物件追踪的手势辨识方法及系统。

本发明的目的之一，在于提出一种可调整操作距离的手势辨识方法及系统。

本发明的目的之一，在于提出一种可检测物件的三维运动的手势辨识方法及系统。

本发明的目的之一，在于提出一种适用广泛的操作物件的手势辨识方法及系统。

根据本发明，一种基于物件追踪的手势辨识方法包括提供光线向操作区域投射，接收来自该操作区域的影像，检测该影像中的亮区，以及从该亮区的重心位置、平均亮度或面积的变化判断手势。

根据本发明，一种基于物件追踪的手势辨识系统包括发光单元提供光线向操作区域投射，影像感测器从该操作区域撷取影像，以及处理器检测该影像中的亮区，利用该亮区提供的信息进行物件追踪，以及将该物件追踪的结果比对手势定义，以判断操作手势。

本发明的手势辨识方法不需要运算复杂的深度信息，也不需要知道使用者的手部形状或肤色等等的信息，在应用上相对便利，软硬件的成本也比较低，而且系统的反应快。此外，因为不需要辨识手部形状或肤色，所以操作物件不限于手，只要能反射投射光的物件皆可适用。由于操作距离可动态切换，因此对使用者的空间限制较松。

附图说明

图1是本发明的手势辨识系统的实施例；

图2是本发明的手势辨识方法的实施例；

图3是利用重心位置的变化判断手势的示意图；

图4是利用重心位置的变化判断手势的示意图；

图5是利用重心位置的变化判断手势的示意图；

图6是利用平均亮度的变化判断手势的示意图；

图7是物件的前后移动造成亮区面积变化的示意图；

图8是利用面积的变化判断手势的示意图；

图9是切换操作距离的示意图；

图10是利用影像处理的技巧切换操作距离的示意图；