基于行為分析的運動人手跟蹤方法的研究.pdf

1、在人機交互(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內(nèi)外比較關(guān)注的熱點課題。在人機交互中,手勢交互是一種新型的人機交互方式。在手勢交互中,運動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,近年來在這方面進行了深入的研究,但是目前尚沒有完全解決。本文對基于視覺的手勢跟蹤結(jié)合認知心理的角度進行分析,這對于該

2、課題的推進有重要的意義。
　　 人手是一個特殊的關(guān)節(jié)式物體,通過對人手的生理特征進行分析可知,人手是由手掌和手指構(gòu)成的,5個手指既是相對獨立的又是緊密聯(lián)系在一起的,它們之間相互影響相互約束。手勢本身具有多義性和時空的差異等特點,而且是一個高自由度的高關(guān)節(jié)鏈式物體,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時性,這是一個極其富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文研究是以“面向?qū)崟r性和魯棒性的自然人

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

4、中進行手勢交互,提出了一種基于行為分析的運動人手跟蹤方法。在單目攝像對下,本文對手勢分割及識別、手勢遮擋、三維人手自動初始化、基于行為分析的手勢跟蹤等幾個關(guān)鍵問題進行了研究。主要創(chuàng)新點如下:
　　 (1)建立基于攝像頭的虛擬裝配平臺和基于數(shù)字手套的虛擬裝配平臺。本文的研究就是在這兩個平臺上進行的?；跀z像頭的裝配平臺是能夠獲得實時的手勢視頻幀圖像,基于數(shù)字手套的裝配平臺獲得交.巨過程中手勢參數(shù)的變化數(shù)據(jù)以便分析用。
　　

5、 (2)手勢分割和識別足進行手勢跟蹤的首要關(guān)鍵點。本文結(jié)合人手的特性建立了兩個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模型進行初步分割;其次,再結(jié)合人手的灰度、亮度和手勢基本特征信息建立第二個模型進一步地分割出人手。最后,結(jié)合手勢密度分布特征[62]和幾何矩特征[41]進行手勢識別,組成一個稱之為手勢空間分布特征GDF的手勢分布特征向量。
　　 (3)解決了人手的自遮擋和三維人手自動初始

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存在的干擾點。同時,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、時間消耗長等問題。
　　 (4)提出了基于行為分析的運動人手跟蹤方法。引入了新元素——認知心理,將從認知心理學(xué)的角度出發(fā),從時段模型、距離模型、人手連續(xù)形變、人手突變、運動速度、物體的大小等多個角度分析人手在虛擬裝配交互平臺中的手勢變化情況,然后分階段地建立