一種用于人機交互的電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機技術，尤其涉及一種用于人機交互的電子設備。
【背景技術】
[0002] 隨著移動計算設備從筆記本電腦到手機、平板電腦的演化，移動計算設備的操控 方式也經(jīng)歷了從鍵盤、鼠標到手機按鍵、手寫板，再到觸摸屏、虛擬鍵盤的進化，可以看到， 移動設備的操控方式是朝著越來越直觀、簡便，并且符合人的自然習慣的方向進化的。
[0003]目前在移動計算設備上廣泛使用的基于觸摸屏的操控方式，技術上是將一塊透明 的觸摸感應屏和顯示屏貼合在一起，觸摸感應屏實質(zhì)上是一個定位裝置，能夠捕捉到屏幕 上的觸摸動作并獲取其位置，同時結合時間軸信息，將動作識別其為點觸、長觸、滑動等動 作之一。進而將位置和動作信息作為指令傳遞給移動計算設備，移動計算設備基于該指令 做出相應的操作反應。由于觸摸感應屏與顯示屏是疊加在一起的，因此帶給使用者"所點即 所想"的使用感受，相比鼠標、觸控板等定位設備需要通過光標反饋位置的輸入方式，屏幕 觸控方式帶來更好的使用體驗。
[0004] 屏幕觸控方式相比鍵盤加鼠標的方式，更加符合人的直觀反應、更容易學習，但是 屏幕觸控方式畢竟只捕捉到了人體手指的動作，在一些需要更多使用者本體信息輸入的場 合，比如運動游戲、模擬訓練、復雜操控、遠距離操控等，屏幕觸控方式就顯示出其捕獲人體 信息過于單一的局限性了。從人機交互的角度，更多的使用者信息的獲取，將能夠傳達更豐 富、更精準的使用者操作意圖，因此必然能夠帶來更便利的操控方法和更好的使用體驗。然 而，目前的人機交互技術中的手勢識別處理所采用的算法較為復雜、耗費時間且識別精度 低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在下文中給出了關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本 理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的 關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概 念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006] 鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于人機交互的電子設備，以至少解決現(xiàn)有的人機交 互技術中的手勢識別處理所采用的算法較為復雜、耗費時間且識別精度低的問題。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于人機交互的電子設備，該電子設備包括： 3D攝像頭接口單元，用于連接外部的3D攝像頭，以接收3D攝像頭采集的含有深度信息的使 用者手部的待測圖像序列；輪廓檢測單元，用于根據(jù)圖像深度信息和圖像顏色信息，在待測 圖像序列的每幀圖像中檢測出使用者的手部輪廓；特征點序列確定單元，用于針對使用者 的每只手，利用預設的手部結構模板，在待測圖像序列的每幀圖像中確定該只手的待測特 征點序列；動作識別單元，用于針對使用者的每只手，在多個預設特征點序列中確定該只手 的待測特征點序列的匹配序列，以根據(jù)匹配序列確定該只手的動作名稱和位置；手勢識別 單元，用于在預設手勢表中選擇與使用者雙手的動作名稱和位置相匹配的手勢，作為已識 別手勢；指令確定單元，用于根據(jù)預設操作指令表，確定與已識別手勢對應的操作指令；執(zhí) 行單元，用于對與確定的操作指令相關的設備進行與該操作指令對應的操作。
[0008] 進一步地，特征點序列確定單元包括：模板存儲子單元，用于存儲預設的手部結構 模板；模板匹配子單元，用于針對使用者的每只手，利用預設的手部結構模板，在待測圖像 序列的每幀圖像的手部輪廓中確定該只手的預定數(shù)目個特征點；序列生成子單元，用于針 對使用者的每只手，利用該只手在待測圖像序列的各幀圖像中對應的預定數(shù)目個特征點， 獲得該只手的待測特征點序列。
[0009] 進一步地，輪廓檢測單元用于：針對待測圖像序列丨斗(X, "V) 1中的每幀圖像 OCkV)，結合顏色信息刪除該幀圖像中的噪聲點及非膚色區(qū)域，利用邊緣檢測算 子E(_)對刪除噪聲點和非膚色區(qū)域后所得到的圖像進行邊緣檢測，得到邊緣圖像 4(x,"v): 4(x,y) = E(4(.r,_y))，邊緣圖像ICt5W即為僅包含使用者手部輪廓的圖像。
[0010] 進一步地，模板匹配子單元包括：定位基點確定模塊，其用于針對待測圖像序列的 每幀圖像，根據(jù)該圖像中的輪廓線的曲率找到該輪廓線中的指尖點和指根關節(jié)點，以將指 尖點作為定位基點；縮放基準確定模塊，其用于針對定位基點確定模塊處理后的每幀圖像， 基于該幀圖像中已找到的定位基點，匹配每個單指的指根關節(jié)點，得到各單指的長度來作 為尺度縮放的基準；縮放及形變模塊，其用于針對縮放基準確定模塊處理后的每幀圖像，基 于已找到的指尖點和指根關節(jié)點的位置以及各單指的長度來對相應的手部結構模板進行 縮放和形變，通過匹配得到每只手的各指關節(jié)特征點和手腕中點特征點；其中，模板存儲子 單元存儲的手部結構模板包括左手結構模板和右手結構模板，左手結構模板和右手結構模 板各自包括：各手指的指尖特征點、各指關節(jié)特征點、各指根關節(jié)特征點、手腕中點特征點 以及各特征點之間的拓撲關系。
[0011] 進一步地，動作識別單元包括：分割子單元，用于針對每只手的待測特征點序列， 根據(jù)預定時間窗將該待測特征點序列分割為多個子序列，并獲得每個子序列對應的平均位 置；匹配序列確定子單元，用于針對每只手對應的每個子序列，將該子序列與多個預設特征 點序列中的每一個分別進行匹配，在多個預設特征點序列中選擇與該子序列的匹配程度高 于預設的匹配閾值、并且最大的預設特征點序列，作為該子序列的匹配序列；關聯(lián)子單元， 用于將每個子序列對應的平均位置與該子序列的匹配序列對應的動作名稱相關聯(lián)；動作名 稱確定子單元，用于針對每只手，將該只手對應的各子序列的匹配序列作為該只手對應的 多個匹配序列，并將該多個匹配序列各自對應的動作名稱作為該只手的多個動作名稱。
[0012] 進一步地，手勢識別單元包括：手勢表存儲子單元，用于存儲如下映射列表來作為 預設手勢表：該映射列表中的每個映射的左端是一組動作名稱對及每個動作名稱對的位 置；該映射列表中的每個映射的右端是一個手勢；手勢表匹配子單元，用于將預設手勢表 中的每個映射的左端與使用者雙手的動作名稱和位置進行匹配，其中，動作名稱的匹配執(zhí) 行嚴格匹配，而位置則是通過使用者雙手各自的平均位置計算得到相對位置信息，進而計 算該相對位置信息與映射左端的位置之間的相似度來實現(xiàn)的。
[0013] 進一步地，用于人機交互的電子設備還包括：實時顯示單元，用于基于使用者每只 手的位置在設備的屏幕上顯示使用者手部的模擬圖形。
[0014] 進一步地，實時顯示單元用于：根據(jù)使用者每只手對應的待測特征點序列，通過連 接骨骼后外延得到該只手的外輪廓圖形，作為該只手的模擬圖形；通過對使用者雙手的相 對位置進行平移校準和比例縮放，確定使用者的每只手在屏幕中的顯示位置；基于使用者 每只手的模擬圖形和顯示位置來在屏幕中顯示使用者手部的模擬圖形。
[0015] 進一步地，電子設備為以下之一：手機、多媒體播放設備、臺式機、筆記本電腦以及 平板電腦。
[0016] 上述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于人機交互的電子設備，先識別單手動作、再通過雙 手動作識別手勢，進而根據(jù)已識別手勢來執(zhí)行對應操作，在人機交互過程中能夠準確識別 使用者的手勢，識別精度較高，而且識別速度較快。
[0017] 此外，由于本發(fā)明實施例能夠通過外接深度攝像頭來獲取使用者的人體動作作 為操作移動計算設備的輸入操控指令，因此能夠令使用者使用更加直觀、便利的自然動作 實現(xiàn)對移動計算設備的非接觸式操控，為移動計算設備在諸如運動游戲、模擬訓練、復雜操 控、遠距離操控等領域中的應用提供更加便捷精準的輸入、控制。
[0018] 本發(fā)明的上述用于人機交互的電子設備采用層次化設計算法，算法復雜度低，便 于實現(xiàn)。
[0019] 此外，應用本發(fā)明的上述用于人機交互的電子設備，當需要改變（例如修改、增加 或減少等）對動作和/或手勢的定義時，可以僅通過調(diào)整模板（即，通過修改預設特征點序 列對應的動作名稱來改變動作的定義，通過增加或減少預設特征點序列及其對應動作名稱 來增、減動作）以及預設手勢表（即，通過修改預設手勢表中手勢對應的多個動作來改變手 勢的定義，通過增加或減少預設手勢表中的手勢及其對應動作來增、減手勢），而不需改變 算法或者重新訓練分類器，大大提高了算法的適應性。
[0020] 此外，本發(fā)明的上述用于人機交互的電子設備的實時性強，能夠適合即時交互需 求的場合。
[0021] 通過以下結合附圖對本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu) 點將更加明顯。
【附圖說明】
[0022] 本發(fā)明可以通過參考下文中結合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的 詳細說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一