專利名稱：可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及跑步機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種搭載了基于計(jì)算機(jī)視覺的實(shí)時(shí)靜態(tài)手 勢(shì)識(shí)別交互技術(shù)的跑步機(jī)，在學(xué)科上屬于人工智能與模式識(shí)別。
背景技術(shù)：
跑步機(jī)作為一種室內(nèi)的健身器材，彌補(bǔ)了室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地缺少、運(yùn)動(dòng)設(shè)施不完善的 缺點(diǎn)，為人們的身體健康帶來了福音。在現(xiàn)代社會(huì)中，跑步機(jī)幾乎是各家健身中心必備運(yùn)動(dòng) 器材，一些高收入人群也擁有了自己的跑步機(jī)。隨著使用人數(shù)的增加，跑步機(jī)必須提供良好的用戶操作平臺(tái)，以滿足大部分使用 者的需求?，F(xiàn)今市面上的跑步機(jī)，基本都是讓用戶通過按一塊面板上的按鍵來給跑步機(jī)發(fā) 送相應(yīng)的命令。使用者在靜止時(shí)去按這些按鍵尚還覺得輕松，但是如果正在跑步機(jī)上奔跑， 再想去按它們，就顯得有些吃力了，特別是當(dāng)跑步的位置與按鍵面板的位置較遠(yuǎn)時(shí)，跑步者 如果想操作跑步機(jī)，就不得不在跑步機(jī)的履帶上來回跑動(dòng)以使得自己的手指能夠按到按 鍵。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)， 能夠使使用者拋開按鍵面板的束縛，只需要通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的手勢(shì)就可以達(dá)到控制跑步機(jī)的 目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)，包括本體和安裝 在本體上的電機(jī)，還包括主控系統(tǒng)和攝像頭，所述攝像頭連接到主控系統(tǒng)的輸入端，主控系 統(tǒng)的輸出端連接到電機(jī)。作為優(yōu)選，所述攝像頭采用1. 3M像素的攝像頭。識(shí)別效果好，性價(jià)比高。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型基于計(jì)算機(jī)視覺，采用攝像頭作為用戶手勢(shì) 的采集工具，用戶只需要對(duì)著該攝像頭作出一個(gè)手勢(shì)，即可實(shí)現(xiàn)與按鍵相同的控制效果，只 需要通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的手勢(shì)就可以達(dá)到控制跑步機(jī)的目的，使使用者拋開了按鍵面板的束 縛，方便了操作。本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1為本實(shí)用新型可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)中主控系統(tǒng)的模塊示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1、2所示，可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)，包括本體2、安裝在本體2上的電機(jī)(圖中 未示出)、主控系統(tǒng)和攝像頭1，所述攝像頭1連接到主控系統(tǒng)的輸入端，主控系統(tǒng)的輸出端
3連接到電機(jī)。所述攝像頭1采用1. 3M像素的攝像頭1。所述主控系統(tǒng)包括依次連接的實(shí) 時(shí)視頻輸入模塊31、關(guān)鍵幀提取模塊32、膚色分割模塊33、手勢(shì)區(qū)域提取模塊34、手勢(shì)特征 提取模塊35和手勢(shì)識(shí)別模塊36。所述主控系統(tǒng)采用INTEL ATOM的嵌入式工控板，主頻為 1.6GHz。采用的操作系統(tǒng)是Linux操作系統(tǒng)。所述膚色分割模塊33統(tǒng)計(jì)膚色在HSV顏色空 間下的分布情況，然后根據(jù)分布情況分割出圖像中的膚色區(qū)域。所述手勢(shì)特征提取模塊35 采用圖像歸一化轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(匪I)和Hu不變矩作為描述手勢(shì)的特征，其組成的特征向量作為 分類器的分類依據(jù)。所述手勢(shì)識(shí)別模塊36采用支持向量機(jī)(SVM)作為分類器，在使用大量 的樣本對(duì)分類器進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，將學(xué)習(xí)的結(jié)果保存到XML格式的文件中，在下次識(shí)別時(shí)， 只需要從文件中讀取出學(xué)習(xí)的結(jié)果即可。手勢(shì)預(yù)處理過程包含了關(guān)鍵幀提取、圖像濾波、人體膚色分割等步驟。其中圖像濾 波采用了中值濾波方法。膚色分割根據(jù)人體膚色在HSV顏色空間下的分布直方圖，統(tǒng)計(jì)出 膚色的分布范圍，從而準(zhǔn)確地提取出了手勢(shì)在圖像中的區(qū)域，這為下一步手勢(shì)識(shí)別作了準(zhǔn)備。所述手勢(shì)識(shí)別過程包括手勢(shì)特征提取與手勢(shì)識(shí)別兩個(gè)步驟。特征提取是指從手勢(shì) 中提取出一組數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)能夠充分表征手勢(shì)，稱為手勢(shì)的特征向量。本實(shí)用新型采用了 具有旋轉(zhuǎn)、平移等不變性質(zhì)的圖像歸一化轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(NMI)和Hu不變矩來描述手勢(shì)特征。上述方法中匪I的是圍繞圖像質(zhì)心(cx，cy)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(J(cx，cy))與圖像質(zhì)量 m之間的一個(gè)函數(shù)關(guān)系，定義為(1)式
IM N7？
U- J Σ Σ ((X-CX)1+ {y-cy)l)f {χ,y)NMlJJx^y=1- (1)
mMN、，
Σ Σ f(x,y)
x—ly=l上述方法中手勢(shì)識(shí)別是指使機(jī)器識(shí)別出人的手勢(shì)行為。它分為機(jī)器學(xué)習(xí)和分類兩 個(gè)步驟。本實(shí)用新型采用了支持向量機(jī)(SVM)作為分類的工具。在學(xué)習(xí)階段通過提取樣本 的特征值對(duì)分類器進(jìn)行訓(xùn)練，并保存訓(xùn)練后的相關(guān)參數(shù)。在識(shí)別時(shí)，根據(jù)訓(xùn)練時(shí)得到的參 數(shù)，就可以準(zhǔn)確的將手勢(shì)劃分到預(yù)定的類中，從而實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的識(shí)別。上述方法中機(jī)器學(xué)習(xí)是指如何使計(jì)算機(jī)懂得人類的行為。它是人工智能的核心， 是使計(jì)算機(jī)具有智能的根本途徑。在本實(shí)用新型中，機(jī)器學(xué)習(xí)的任務(wù)是使計(jì)算機(jī)能夠像人 一樣區(qū)別出不同的手勢(shì)，并將不同的手勢(shì)劃分到不同類中。上述方法中SVM是一種由統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展而來的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，最早由Vapnik等人提 出。其核心思想是在二類劃分的問題中，它通過構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)超平面使得兩類特征之間的 距離最大化，從而達(dá)到分類目的；對(duì)于低維空間下線性不可分的問題，它通過一個(gè)確定的函 數(shù)映射關(guān)系轉(zhuǎn)換到高維空間下，從而使得原問題在高維空間下成為一個(gè)線性可分的問題。攝像頭1所捕捉到的實(shí)時(shí)視頻被采集到跑步機(jī)系統(tǒng)中，在進(jìn)行了關(guān)鍵幀提取、膚 色分割、手勢(shì)區(qū)域提取、特征選擇和機(jī)器識(shí)別后得到用戶手勢(shì)所代表的含義。具體的含義由 系統(tǒng)解釋為具體的控制命令去控制跑步機(jī)。對(duì)以上每種手勢(shì)分別選擇200個(gè)樣本手勢(shì)作為機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容，機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果 保存到一個(gè)XML文件中，下次在進(jìn)行識(shí)別時(shí)只需要從該文件中讀取出學(xué)習(xí)的結(jié)果就可以準(zhǔn)確地識(shí)別出手勢(shì)。這帶來的好處是不用為每臺(tái)跑步機(jī)去選擇學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，只需要將 第一臺(tái)所保存的學(xué)習(xí)結(jié)果文件拷貝到其他機(jī)器上即可。本實(shí)用新型的手勢(shì)識(shí)別準(zhǔn)確率為97%，每秒鐘能夠處理14幀的視頻圖像，保證了 識(shí)別的實(shí)時(shí)性與較高的準(zhǔn)確率。用戶在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以簡(jiǎn)單的通過幾個(gè)手勢(shì)就可以控 制跑步機(jī)的速度、坡度等，方便實(shí)用。上述實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的說明，不是對(duì)本實(shí)用新型的限定，任何對(duì)本實(shí)用新 型簡(jiǎn)單變換后的方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)，包括本體和安裝在本體上的電機(jī)，其特征在于還包括主控 系統(tǒng)和攝像頭，所述攝像頭連接到主控系統(tǒng)的輸入端，主控系統(tǒng)的輸出端連接到電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)，其特征在于所述攝像頭采用1.3M像素 的攝像頭。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可識(shí)別手勢(shì)的跑步機(jī)，包括本體和安裝在本體上的電機(jī)，還包括主控系統(tǒng)和攝像頭，所述攝像頭連接到主控系統(tǒng)的輸入端，主控系統(tǒng)的輸出端連接到電機(jī)。本實(shí)用新型基于計(jì)算機(jī)視覺，采用攝像頭作為用戶手勢(shì)的采集工具，用戶只需要對(duì)著該攝像頭作出一個(gè)手勢(shì)，即可實(shí)現(xiàn)與按鍵相同的控制效果，只需要通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的手勢(shì)就可以達(dá)到控制跑步機(jī)的目的，使使用者拋開了按鍵面板的束縛，方便了操作。
文檔編號(hào)A63B22/02GK201815058SQ20102027606
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者劉宗欽, 朱曉鋒, 王鳳輝 申請(qǐng)人:湖州海振電子科技有限公司