本發(fā)明屬于人機(jī)交互技術(shù)，具體涉及一種基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置。

技術(shù)背景

鍵盤、鼠標(biāo)作為傳統(tǒng)的手部交互方式，具有精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但其局限性也是明顯的。

由于必須采用接觸式操作、不能自由定制交互方式，鍵盤和鼠標(biāo)給靈活自由的手部操控帶來(lái)了一定的限制，且空間占用較大，在空間限制明顯的場(chǎng)合(如機(jī)艙、駕駛艙等)不利于布局和實(shí)施，因此鍵盤和鼠標(biāo)已經(jīng)不能滿足手部交互多樣性的需求，于此考慮，提出一種可定制的，基于視覺(jué)的手部交互系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種使用方便、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高的非接觸式手部交互系統(tǒng)，使使用者無(wú)需接觸任何物理設(shè)備就可完成控制和操作。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置，其包括攝像頭模塊1、FPGA芯片2、時(shí)鐘模塊3、存儲(chǔ)模塊4以及DSP處理器5，攝像頭模塊1通過(guò)系統(tǒng)總線連接FPGA芯片2，F(xiàn)PGA芯片2一路經(jīng)控制總線與DSP處理器5連接，另一路通過(guò)數(shù)據(jù)總線經(jīng)存儲(chǔ)模塊4連接DSP處理器，時(shí)鐘模塊3分別連接FPGA芯片2、存儲(chǔ)模塊4、DSP處理器5，DSP處理器5輸出連接外部上位機(jī)6。

所述FPGA芯片2包括順次連接的攝像頭控制模塊7、緩存模塊8、圖形與處理模塊9、主存控制模塊10、DSP控制模塊11。

所述攝像頭模塊與存儲(chǔ)模塊之間還設(shè)置有用于接口匹配的緩存主存橋接模塊。

所述DSP處理器包括順次連接的FPGA同步模塊12、存儲(chǔ)器接口模塊13、圖形匹配模塊14、手掌定位模塊15、指尖定位模塊16、上位機(jī)通訊模塊17，其中，F(xiàn)PGA同步模塊12連接FPGA芯片，上位機(jī)通訊模塊17與外部上位機(jī)通訊連接。

所述圖形匹配模塊14包括順次連接的極坐標(biāo)變化模塊、直方圖計(jì)算模塊、協(xié)方差計(jì)算模塊以及累積模塊。

所述手掌定位模塊15包含順次連接的最大輪廓計(jì)算模塊和最大內(nèi)切圓計(jì)算模塊。

所述指尖定位模塊16包含順次連接的半徑計(jì)算模塊和圓截法指尖標(biāo)記模塊。

所述的基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置，其特征在于，由FPGA芯片進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和預(yù)處理工作，經(jīng)緩存模塊、緩存主存橋接模塊將數(shù)據(jù)保存至主存模塊，并由DSP處理器同步地將主存模塊的圖像數(shù)據(jù)讀出，順次經(jīng)由DSP處理器內(nèi)部的圖形匹配模塊、手掌定位模塊和指尖定位模塊的處理，將處理結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)，從而采用非接觸式的隔空操作完成手勢(shì)識(shí)別任務(wù)。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：本發(fā)明基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置使用方便、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高，使用者無(wú)需接觸任何物理設(shè)備就可完成控制和操作，顛覆以往的鍵盤、鼠標(biāo)形式，完全解放了雙手操作，實(shí)現(xiàn)了隔空手勢(shì)操作，能夠?yàn)樘厥鈭?chǎng)景(如機(jī)艙，駕駛室)下工作的人員帶來(lái)便利。另外，如用戶需要還可臨時(shí)增加手勢(shì)交互控制的方法，只要在Flash存儲(chǔ)中燒入或擦除手勢(shì)模板數(shù)據(jù)并少量修改程序即可，極好的滿足了用戶交互式多樣性操作的需求。

附圖說(shuō)明

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明FPGA芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明DSP處理器的結(jié)構(gòu)示意圖，

其中，1-攝像頭模塊、2-FPGA芯片、3-時(shí)鐘模塊、4-存儲(chǔ)模塊、5-DSP處理器、6-上位機(jī)、7-攝像頭控制模塊、8-緩沖模塊、9-圖形與處理模塊、10-主存控制模塊、11-DSP控制模塊、12-FPGA同步模塊、13-存儲(chǔ)器接口模塊、14-圖形匹配模塊、15-手掌定位模塊、16-指尖定位模塊、17-上位機(jī)通訊模塊。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。所述基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置包括攝像頭模塊1、FPGA芯片2、時(shí)鐘模塊3、存儲(chǔ)模塊4以及DSP處理器5，攝像頭模塊1通過(guò)系統(tǒng)總線連接FPGA芯片2，F(xiàn)PGA芯片2一路經(jīng)控制總線與DSP處理器5連接，另一路通過(guò)數(shù)據(jù)總線經(jīng)存儲(chǔ)模塊4連接DSP處理器5，時(shí)鐘模塊3分別連接FPGA芯片2、存儲(chǔ)模塊4、DSP處理器5，DSP處理器5輸出連接外部上位機(jī)6。

請(qǐng)參閱圖2，所述FPGA芯片2包括順次連接的攝像頭控制模塊7、緩存模塊8、圖形與處理模塊9、主存控制模塊10、DSP控制模塊11。

其中，所述緩存模塊與攝像頭控制模塊7，用于緩存數(shù)據(jù)，本實(shí)施例中采用FIFO緩存模塊。緩存主存橋接模塊連接存儲(chǔ)模塊，以實(shí)現(xiàn)攝像頭模塊與存儲(chǔ)模塊之間接口的匹配。主存控制模塊連接DSP控制模塊11，以共享圖像數(shù)據(jù)，并傳輸控制指令。所述圖形與處理模塊9在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行中值濾波和自適應(yīng)二值化，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的預(yù)處理。

請(qǐng)參閱圖3，所述DSP處理器包括順次連接的FPGA同步模塊12、存儲(chǔ)器接口模塊13、圖形匹配模塊14、手掌定位模塊15、指尖定位模塊16、上位機(jī)通訊模塊17。其中，所述圖形匹配模塊包括順次連接的極坐標(biāo)變化模塊、直方圖計(jì)算模塊、協(xié)方差計(jì)算模塊以及累積模塊。所述極坐標(biāo)變化模塊用以消除圖像旋轉(zhuǎn)或縮放時(shí)的計(jì)算誤差。直方圖計(jì)算模塊用于目標(biāo)圖像和模板圖像的特征分布。所述協(xié)方差計(jì)算模塊用于計(jì)算目標(biāo)圖像和模板圖像的匹配特征。累積模塊用于計(jì)算目標(biāo)圖像和模板圖像的相似度。

手掌定位模塊15包含順次連接的最大輪廓計(jì)算模塊和最大內(nèi)切圓計(jì)算模塊。所述最大輪廓計(jì)算模塊用于檢測(cè)手部輪廓。所述最大內(nèi)切圓計(jì)算模塊用于標(biāo)記掌心位置。

指尖定位模塊16包含順次連接的半徑計(jì)算模塊和圓截法指尖標(biāo)記模塊，所述半徑計(jì)算模塊用于計(jì)算適應(yīng)手掌的半徑尺寸。所述圓截法指尖標(biāo)記模塊用于計(jì)算有效指尖位置。

另外，F(xiàn)PGA同步模塊12用于實(shí)現(xiàn)DSP處理器5與FPGA芯片2之間的同步，存儲(chǔ)器接口模塊13用于連接存儲(chǔ)模塊4，上位機(jī)通訊模塊17用于實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)6之間的通訊。

本發(fā)明基于視覺(jué)的嵌入式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)裝置實(shí)際工作時(shí)，由FPGA芯片進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和預(yù)處理工作，主要包括噪聲濾除和圖像二值化，經(jīng)緩存模塊、緩存主存橋接模塊將數(shù)據(jù)保存至主存模塊，并由DSP處理器同步地將主存模塊的圖像數(shù)據(jù)讀出，順次經(jīng)由圖形匹配模塊、手掌定位模塊和指尖定位模塊的處理，將處理結(jié)果按照協(xié)議發(fā)送至上位機(jī)，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作，從而通過(guò)改良的嵌入式圖形處理技術(shù)，采用非接觸式的隔空操作完成手勢(shì)識(shí)別任務(wù)。本發(fā)明顛覆以往的鍵盤、鼠標(biāo)形式，完全解放了雙手操作，如用戶需要還可臨時(shí)增加手勢(shì)交互控制的方法，只要在存儲(chǔ)模塊中燒入或擦除手勢(shì)模板數(shù)據(jù)并少量修改程序即可，能夠較好的滿足手部交互多樣性的需求。