體感偵測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明乃是有關于一種體感偵測方法，且尤其指關于辨識人體手部特征的體感偵測方法。
【背景技術】
[0002]近年來，基于影像動作之手勢辨識方法及其系統(tǒng)快速發(fā)展，尤其是游戲系統(tǒng)。其中，透過電腦分析使用者之動作來執(zhí)行指令已成為未來最具可能性的互動方法，如何讓使用者與電腦之間的互動介面更友善是一項日漸重要的課題。然而，傳統(tǒng)的解決方案往往需要在使用者手指上配置一感應器，此舉雖然可以增加偵測手部動作的準確性，但是亦增加使用者的負擔。另一較佳的方式為直接將使用者的手部視為一指令下達器具，以光學式紅外線感測處理的方式分析使用者的手部移動方式來輸入指令，控制電腦的作業(yè)系統(tǒng)或是周邊裝置。但是，此種傳統(tǒng)的光學影像分析方法過于復雜且不夠穩(wěn)定。
[0003]因此，如何讓使用者可以徒手手勢與電腦操作介面進行互動，是一項亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種體感偵測方法，在影像當中辨識出候選的指尖邊緣線并計算出最佳手指方向及最佳手指長度，以辨識出人體的手部特征，便于使用者可以徒手手勢與電腦操作介面進行互動。
[0005]本發(fā)明的一目的在于提供一種體感偵測方法，用于辨識人體的至少一手部特征，其特征在于:包括下列步驟:辨識出多個圖像區(qū)塊的每個圖像區(qū)塊內(nèi)的所有的候選的指尖邊緣線；從每一該候選的指尖邊緣線計算出至少一手指邊緣方向；比較每一手指邊緣方向與從該圖像區(qū)塊中獲得的一手指方向估計值，將與該手指方向估計值最接近的該至少一手指邊緣方向儲存作為一最佳手指方向，并將與該手指方向估計值最接近的該至少一手指邊緣方向對應的一手指長度估計值儲存作為一最佳手指長度；及依據(jù)該最佳手指方向及該最佳手指長度，在該些圖像區(qū)塊中判斷至少一候選的手指邊緣線；計算出該候選的指尖邊緣線上，具有到該候選的指尖邊緣線的兩端點連線的距離最大值的一點，并將此點作為一指尖頂點；取得通過該指尖頂點、與該候選的指尖邊緣線的兩端點的連線垂直的一垂線，并將之作為一手指中線；及取得對應拇指與中指的該些手指中線的交點，并將之作為一手掌掌心點。
[0006]依據(jù)本發(fā)明之一實施態(tài)樣，其特征在于:辨識出多個圖像區(qū)塊的每個圖像區(qū)塊內(nèi)的所有的候選的指尖邊緣線的步驟更包括下列步驟:在該些圖像區(qū)塊之每個圖像區(qū)塊中，辨識出所有的單向彎曲的曲線:及在該些單向彎曲的曲線中，辨識出弧度對應圓心角接近一預定值的至少一曲線，作為該候選的指尖邊緣線。
[0007]依據(jù)本發(fā)明之一實施態(tài)樣，其特征在于:該預定值為31/2。
[0008]依據(jù)本發(fā)明之一實施態(tài)樣,其特征在于:從每一該候選的指尖邊緣線計算出至少一手指邊緣方向的步驟更包括下列步驟:從該候選的指尖邊緣線的兩端點，將該手指長度估計值與從該圖像區(qū)塊中獲得的一手指方向估計值帶入一預定方程式，以在該圖像區(qū)塊中找出對應的多個像素點；及從該些像素點的梯度方向的平均值計算出該至少一手指邊緣方向。
[0009]依據(jù)本發(fā)明之一實施態(tài)樣，其特征在于:該預定方程式為:
[0010]tan (Dfinger) = (y-yn) / (χ-χη)；
[0011]其中X e {xn, — , xn+LmaxX cos (Dfinger)}, y e {yn, — , yn+LmaxX sin (Dfinger)},n e {I, 2}, Dfinger代表該候選的指尖邊緣線的一端點的一預定切線方向，Lmax代表一預定手指最大長度，且滿足下列關系:
[001 2] Lmax=Westimate X ΠΙΒΧ (Rl7w),
[0013]Westimate代表該候選的指尖邊緣線的兩端點之間的距離，max(Rl7w)為一預定值，代表指長與指寬比值的最大值，指尖邊緣線的兩端點的座標為(Xn，yn)(ne {1，2})。
【附圖說明】
[0014]圖1顯示一體感偵測裝置，用于辨識人體或動物的至少一外觀特征。
[0015]圖2顯示一體感偵測裝置使用的一時脈示意圖。
[0016]圖3顯示依據(jù)本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法在一影像中辨識出人體的至少一手部特征的示意圖。
[0017]圖4顯示一指尖邊緣線的示意圖。
[0018]圖5依據(jù)本發(fā)明之另一實施例的體感偵測方法在一影像中辨識出人體的至少一手部特征的示意圖。
[0019]圖6顯示依據(jù)本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的一流程圖。
[0020]圖7顯示本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的一選用流程圖。
[0021]圖8顯示本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的另一選用流程圖。
[0022]圖9顯示依據(jù)本發(fā)明之另一實施例的體感偵測方法的一流程圖。
[0023]圖10顯示本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的另一選用流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為進一步說明各實施例，本發(fā)明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發(fā)明揭露內(nèi)容之一部分，其主要系用以說明實施例，并可配合說明書之相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領域具有通常知識者應能理解其他可能的實施方式以及本發(fā)明之優(yōu)點。圖中的元件并未按比例繪制，而類似的元件符號通常用來表示類似的元件。
[0025]首先請參考圖1，其顯示一體感偵測裝置，用于辨識人體或動物的至少一外觀特征。如圖中所示，體感偵測裝置I包括一鏡頭模組11、一影像傳感單元12旁設于鏡頭模組
11、一光源供應單元13、一影像處理單元14及一體感辨識模組15。
[0026]鏡頭模組11包括多個鏡片，透過此些鏡片的光學特性，改變從一入光口射入的光線的路徑，從而在影像傳感單元12上形成一影像。
[0027]在本實施例中，影像傳感單元12示例為一 CMOS傳感器,光源供應單元13示范性地為面射型紅外光源，然而本發(fā)明并不限于此，在其他實施例中，影像傳感單元可為其他型態(tài)的傳感器，如=CCD傳感器，光源供應單元可選用室內(nèi)燈、包括紅色、綠色、藍色光源的RGB燈或其他型態(tài)的光源供應單元。
[0028]影像處理單元14控制光源供應單元13及影像傳感單元12的作動，使光源供應單元13提供一光源，影像傳感單元12感測一影像。詳細地說，光源供應單元13是被影像處理單元14控制以每點亮η幀就熄滅一幀的方式明滅，影像傳感單元12是被影像處理單元14控制以周期性一幀一幀地方式感測該影像，在光源供應單元13點亮時感測到每一幀影像之后，影像處理單元14作動以對該幀影像進行影像處理。
[0029]在此請一并參考圖2的時脈示意圖，其給出影像傳感單元12、光源供應單元13及影像處理單元14工作時脈的一示范例，以便說明本實施例。舉例來說，由圖2中可以看出，示范例里的光源供應單元13是每點亮四幀就熄滅一幀的方式明滅，對于每一幀，影像傳感單元12都感測到該影像并送出該影像給影像處理單元14。因此，影像處理單元14會接收到光源供應單元13沒有點亮時感測到的一幀影像和之后光源供應單元13連續(xù)點亮時感測到的四幀影像。當影像處理單元14接收到這光源供應單元13連續(xù)點亮時感測到的四幀影像的每一幀影像之后，會依據(jù)光源供應單元13熄滅時由影像傳感單元12感測到的該幀影像，弱化其他光源供應單元13點亮時感測到的其他幀影像的背景干擾，以提升其他幀影像的反差，再將其他幀影像輸出至體感辨識模組15。體感辨識模組15接收到影像處理單元14的輸出之后，可執(zhí)行一體感偵測方法，以辨識出人體或動物的至少一外觀特征。
[0030]經(jīng)由影像處理單元14分別控制光源供應單元13與影像傳感單元12使其間的作動得以互相配合，獲得光源供應單元13熄滅時的影像與光源供應單元13點亮時的影像，從而藉由光源供應單元13熄滅時的影像弱化光源供應單元13點亮時的影像中的背景光干擾，強化光源供應單元13點亮時的影像的反差，使前景物件圖像越趨明顯。在其他實施例中，影像處理單元14可進一步控制光源供應單元13的明暗、光譜、色溫，以優(yōu)化各性質的反差，為物件辨識提供優(yōu)質的圖像。
[0031]在其他實施例中，若影像傳感單元以90fps的幀率操作，建議光源供應單元是每點亮四幀就熄滅一幀的方式明滅，報點率是72 ;若影像傳感單元以60fps的幀率操作，建議光源供應單元是每點亮九幀就熄滅一幀的方式明滅，報點率是54。另一方面，當選用的光源種類是RGB燈，可適應室內(nèi)、室外、陰天、投射燈等環(huán)境，此時的控制方式為使用光源供應單元熄滅時的影像用以分析紅外光、紅光、綠光和藍光較弱的光譜，使用較弱光譜的燈座為增強反差的照明。
[0032]體感辨識模組15可以藉由亮度、顏色、光普等性質提取物件圖像的反差，分析反差的邊緣線過濾出與辨識的物件。關于體感辨識模組15執(zhí)行的體感偵測方法，請參考后續(xù)說明。
[0033]請參考圖3及圖6，其中圖3顯示依據(jù)本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法在一影像中辨識出人體的至少一手部特征的示意圖，圖6顯示依據(jù)本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的一流程圖。如圖中所示，首先，可選擇性地對于一幀幀的影像，可經(jīng)一連串包括影像轉換，如從RGB圖像轉換為256灰階圖、高斯卷積模糊處理去除毛刺、亮點等噪訊的影像處理步驟成為多個圖像區(qū)塊。接著，在多個圖像區(qū)塊中辨識出每個圖像區(qū)塊內(nèi)的所有的候選的指尖邊緣線(步驟S100)。另請參考圖7，其中更細致地顯示本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的一選用流程圖。如圖7中所示，為了辨識出候選的指尖邊緣線，先是在圖像區(qū)塊之每個圖像區(qū)塊中，辨識出所有的單向彎曲的曲線(步驟S110)。接著，在此些單向彎曲的曲線中，辨識出弧度對應圓心角接近一預定值的至少一曲線，作為候選的指尖邊緣線(步驟S120)。
[0034]另請參考圖8，其中更細致地顯示本發(fā)明之一實施例的體感偵測方法的另一選用流程圖。關于在圖像區(qū)塊之每個圖像區(qū)塊中，辨識出所有的單向彎曲的曲線之進行，在此可以依據(jù)圖8的流程。在步驟Slll中，計算圖像區(qū)塊中的每個像點的梯度值及梯度方向。舉例來說，可以透過對圖像區(qū)塊進行水平方向以及垂直方向上Sobel卷積處理演算找出圖像區(qū)塊中每一個像點的梯度值及梯度方向，接著再用過兩個正交梯度算出每個像點在歐式平面上的梯度值及梯度方向。接著，在步驟S112中，以坎尼(Canny)邊緣檢測運算元提取出圖像區(qū)塊中的多個圖像邊緣，此些圖像邊緣較佳是對比度較為明顯的邊緣線。接著，在步驟S113中，結合圖像邊緣及邊元上連續(xù)像素點之間梯度方向的關系，對該些圖像邊緣之每個逐一判斷，當一圖像邊緣中的任意連續(xù)三點的梯度方向滿足梯度方向漸大或漸小的變化關系時，將該圖像邊緣辯識為一單向彎曲的曲線。
[0035]本體感偵測方法是依據(jù)對人體特征的觀察而設計，因此可辨識貼合人體的實際特征，而有較好的辨識正確性。比如說為了辨識手部特征，觀察