[发明专利]一种对手指尖运动轨迹进行跟踪的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及图像处理与分析技术，特别是涉及一种对手指尖运动轨迹进行跟踪的方法。

【背景技术】

随着人机交互技术的发展和智能电视、智能手机等智能终端设备的普及，简单、自然、直观的人机交互方式越来越受到人们的欢迎。基于视觉的人机交互方式直接通过视频采集用户信息（比如人脸、步态、手势等），具有简单自然的优点，从而成为当前的一个热点研究方向。

在传统的人机交互过程中，人们通过鼠标、键盘、触摸屏等物理设备实现与设备之间的交互，但无法满足人们对简单、自然、直观的要求。例如，在强调自动化、智能化和网络化的家居环境中，使用鼠标、键盘、遥控器乃至触摸屏对家电设备进行控制都将给用户带来诸多不便。

基于指尖的人机交互通过识别用户指尖的位置或轨迹来实现人机交互，为用户提供了一种更便捷的交互模式，不仅能显著提升用户体验，而且还降低了用户对硬件设备的依赖程度，在机器人控制、虚拟现实、消费类电子产品、医疗卫生、视频游戏以及智能家居等诸多领域得到越来越广泛的应用。

指尖运动轨迹的跟踪主要分为基于数据手套的指尖跟踪和基于视频的指尖跟踪。基于数据手套的指尖跟踪需要用户在识别的过程中始终佩戴一种类似于手套的特殊设备，设备昂贵而且使用起来非常不方便，只能适用于某些特定的场合。基于视频的指尖跟踪可以分为基于特殊摄像头的指尖跟踪和基于普通摄像头的指尖跟踪。基于特殊摄像头的指尖跟踪采用红外摄像头、立体摄像头等特殊摄像头，由于特殊摄像头价格比较昂贵，因此无法实现广泛应用。基于普通摄像头的指尖跟踪分为基于标记的指尖跟踪和基于裸手的指尖跟踪。基于标记的指尖跟踪需要在手指或指尖上做特定的标记，以便于分割提取。虽然基于标记的指尖跟踪通过辅助设备提高了指尖跟踪的精度，但是影响了人机之间交互的自然直观。基于裸手的指尖跟踪具有直观便捷的优点，是目前国内外的研究趋势。

当前，基于裸手的指尖轨迹跟踪通常假设用户的手臂被衣服等遮盖，没有充分考虑手臂裸露时对指尖跟踪的干扰。而对于多目标的指尖跟踪，目前常用的方法为将当前帧中检测的指尖位置与上一帧中距离其最近的指尖相关联。这种方法虽然简单，但是当指尖运动幅度较大时，将会导致关联错误。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种对手指尖运动轨迹进行跟踪的方法，可以避免指尖运动幅度过大时导致指尖的关联失误。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种对手指尖运动轨迹进行跟踪的方法，包括以下步骤：1）利用摄像装置获取手指运动时的连续多帧图像，检测得到各帧图像中的指尖的位置，作为检测位置X_i=((x₁,y₁),(x₂,y₂)B(x_j,y_j))，其中i表示帧数，j表示指尖的数目，（x_j，y_j）表示第j个指尖的检测位置；2）针对各帧图像中的指尖，将其与前一帧图像中相应的指尖进行关联；具体为：以当前帧为第i帧图像说明：21）使用前三帧图像得到的指尖的检测位置，计算得到指尖的加速度和各帧图像中指尖的速度；22）根据步骤21）得到的所述加速度和第i-1帧图像中指尖的速度，以及第i-1帧图像中指尖的检测位置，预测第i帧图像中指尖的位置，得到第i帧图像中指尖的预测位置X_i′=((x₁′,y₁′),(x₂′,y₂′)B(x′_j,y_j′))；23）针对各个指尖，检测得到与其欧式距离最小的预测位置相应的指尖，进而得到第i帧图像中各个指尖在第i-1帧图像中的相应指尖；24）针对各个指尖，将第i帧图像中各个指尖与第i-1帧图像中的相应指尖进行关联，得到各个指尖的运动轨迹。

本发明与现有技术对比的有益效果是：