基于行為分析的運(yùn)動(dòng)人手跟蹤方法的研究.pdf

1、在人機(jī)交互(Human Computer Interaction,HCI)的研究領(lǐng)域中,用戶與虛擬環(huán)境中的虛擬物體之間的交互一直是目前國(guó)內(nèi)外比較關(guān)注的熱點(diǎn)課題。在人機(jī)交互中,手勢(shì)交互是一種新型的人機(jī)交互方式。在手勢(shì)交互中,運(yùn)動(dòng)人手的跟蹤問題成為了研究的關(guān)鍵性問題,但由于人手的特殊性,使其跟蹤變得十分困難。為了解決這些問題,近年來在這方面進(jìn)行了深入的研究,但是目前尚沒有完全解決。本文對(duì)基于視覺的手勢(shì)跟蹤結(jié)合認(rèn)知心理的角度進(jìn)行分析,這對(duì)于該

2、課題的推進(jìn)有重要的意義。
　　 人手是一個(gè)特殊的關(guān)節(jié)式物體,通過對(duì)人手的生理特征進(jìn)行分析可知,人手是由手掌和手指構(gòu)成的,5個(gè)手指既是相對(duì)獨(dú)立的又是緊密聯(lián)系在一起的,它們之間相互影響相互約束。手勢(shì)本身具有多義性和時(shí)空的差異等特點(diǎn),而且是一個(gè)高自由度的高關(guān)節(jié)鏈?zhǔn)轿矬w,使其在跟蹤過程中存在一些多變因素。在跟蹤上不但要保證有較高的跟蹤精度而且還要有較好的實(shí)時(shí)性,這是一個(gè)極其富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文研究是以“面向?qū)崟r(shí)性和魯棒性的自然人

3、手粒子濾波跟蹤方法研究,國(guó)家自然科學(xué)基金(60773109)”“基于認(rèn)知心理學(xué)的自然人手狀態(tài)采樣方法及其在運(yùn)動(dòng)跟蹤中的應(yīng)用研究,山東省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):J07YJ181)"“面向人手三維跟蹤的粒子濾波器中的實(shí)時(shí)性和魯棒性問題研究(2010.1-2012.12),國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):60973093)”等項(xiàng)目為依托來進(jìn)行研究的。
　　 本文將在手勢(shì)交互中引入新的元素——認(rèn)知心理,而且還將自然人手用于虛擬裝配平臺(tái)

4、中進(jìn)行手勢(shì)交互,提出了一種基于行為分析的運(yùn)動(dòng)人手跟蹤方法。在單目攝像對(duì)下,本文對(duì)手勢(shì)分割及識(shí)別、手勢(shì)遮擋、三維人手自動(dòng)初始化、基于行為分析的手勢(shì)跟蹤等幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)建立基于攝像頭的虛擬裝配平臺(tái)和基于數(shù)字手套的虛擬裝配平臺(tái)。本文的研究就是在這兩個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行的。基于攝像頭的裝配平臺(tái)是能夠獲得實(shí)時(shí)的手勢(shì)視頻幀圖像,基于數(shù)字手套的裝配平臺(tái)獲得交.巨過程中手勢(shì)參數(shù)的變化數(shù)據(jù)以便分析用。
　　

5、 (2)手勢(shì)分割和識(shí)別足進(jìn)行手勢(shì)跟蹤的首要關(guān)鍵點(diǎn)。本文結(jié)合人手的特性建立了兩個(gè)分割模型來把人手從復(fù)雜背景下分割出來。首先,利用人手膚色的RGB顏色空間建立第一個(gè)模型進(jìn)行初步分割;其次,再結(jié)合人手的灰度、亮度和手勢(shì)基本特征信息建立第二個(gè)模型進(jìn)一步地分割出人手。最后,結(jié)合手勢(shì)密度分布特征[62]和幾何矩特征[41]進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別,組成一個(gè)稱之為手勢(shì)空間分布特征GDF的手勢(shì)分布特征向量。
　　 (3)解決了人手的自遮擋和三維人手自動(dòng)初始

6、化問題。本文判斷出手指關(guān)節(jié)之間、手指關(guān)節(jié)與手掌之間存在的遮擋,然后將排除了投影時(shí)存在的干擾點(diǎn)。同時(shí),提出了三維人手的初始化方法,解決了傳統(tǒng)的初始化方法存在的精度差、人工量大、時(shí)間消耗長(zhǎng)等問題。
　　 (4)提出了基于行為分析的運(yùn)動(dòng)人手跟蹤方法。引入了新元素——認(rèn)知心理,將從認(rèn)知心理學(xué)的角度出發(fā),從時(shí)段模型、距離模型、人手連續(xù)形變、人手突變、運(yùn)動(dòng)速度、物體的大小等多個(gè)角度分析人手在虛擬裝配交互平臺(tái)中的手勢(shì)變化情況,然后分階段地建立