一種基于手勢的數(shù)字輸入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機領(lǐng)域，具體涉及一種基于手勢的數(shù)字輸入方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用手勢輸入數(shù)字一直是手勢交互理論和應(yīng)用研究中的難點問題和關(guān)鍵問題之一， 也是智能家電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的痛點問題之一。
[0003]目前一般用手勢數(shù)字實現(xiàn)用不同手勢輸入數(shù)字，它首先通過手勢圖像識別，然后 把不同的手勢解釋為不同的數(shù)字，這種方法存在的主要問題是：（1)識別率收到很多因素 的影響（例如距離、特征提取、識別算子等），特別是對于形狀相近的手勢目前普通方法很 難把它們區(qū)分開；（2)多人同時操作時容易相互干擾；（3)存在"MidasTouch問題"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種基于手勢的數(shù)字輸 入方法，方便用手勢輸入數(shù)字。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種基于手勢的數(shù)字輸入方法，構(gòu)造虛擬界面，所述虛擬界面是操作者手勢操作 區(qū)域，該虛擬界面能夠隨著操作者的身體位置或體態(tài)的變化而變化；通過一個虛擬界面逐 次輸入N個數(shù)字，或者通過生成N個虛擬界面，每個虛擬界面輸入一個數(shù)字，這N個虛擬界 面形成虛擬界面群；
[0007] 將顯示屏幕定義為物理界面，操作者與物理界面之間的空間定義為物理空間；
[0008] 所述物理空間包括虛擬界面和非虛擬界面；操作者的手勢只有在虛擬界面內(nèi)才是 有效的和能夠感知的，在非虛擬界面內(nèi)的手勢是無效的；
[0009] 通過所述虛擬界面群輸入數(shù)字。
[0010] 所述構(gòu)造虛擬界面是這樣實現(xiàn)的：
[0011] (1)計算機檢測操作者的行為模型：如果檢測到手掌首先前推，然后保持靜止?fàn)?態(tài)，則進入步驟（2)，如果是其它行為，則返回步驟（1);
[0012] (2)計算出手掌保持靜止?fàn)顟B(tài)時手勢的重心位置0 ;
[0013] (3)將虛擬界面模板M放到以手勢的中心位置0為中心的位置，得到虛擬界面 V(〇,QM)，其中，QM表示模板M所確定的虛擬界面的范圍；
[0014] (4)計算出V上各個興趣點的三維位置信息；
[0015] (5)返回虛擬界面V。
[0016] 每一種應(yīng)用的所述虛擬界面模板M的功能分布以及大小范圍是確定不變的；所述 興趣點是指操作者在虛擬界面V上的交互對象；
[0017] 所述步驟（4)是利用空間深度信息和手勢跟蹤方法計算出V上各個興趣點的三維 位置信息。
[0018] 所述通過所述虛擬界面群輸入數(shù)字是這樣實現(xiàn)的：
[0019]Q1，采用時鐘表盤結(jié)構(gòu)表示所述虛擬界面，其中，把時鐘盤結(jié)構(gòu)中的12點定義為 數(shù)字0,然后沿順時針方向依次定義數(shù)字1到9,數(shù)字1和數(shù)字2之間所在的弧的中點為A， 數(shù)字2和數(shù)字3之間所在的弧的中點為B，圓心為0,射線0A和0B圍成一個扇形區(qū)域0;
[0020] Q2,對于要輸入的每個數(shù)字，具體步驟包括：
[0021] (A1)生成第i個虛擬界面Vi;
[0022] (A2)操作者在Vi上移動手勢；
[0023] (A3)如果手勢處于靜止?fàn)顟B(tài)，再進一步檢測是否有由五指伸開的包袱手勢變化到 五指收縮的拳頭手勢（即"抓"手勢），如果是，則進入（A4)，如果否，返回步驟（A3);
[0024] (A4)計算手勢重心所在位置Pg ;
[0025] (A5)如果Pg迄QM,轉(zhuǎn)步驟（A4);
[0026] (A6)計算f:
[0027] (1)
[0028] 其中，?f表示虛擬界面Vi上數(shù)字f所在的空間扇形區(qū)域點集。
[0029] 所述Q1進一步包括：
[0030] 將虛擬界面上數(shù)字0到9的9個扇形區(qū)域分為3個象限，其中象限I是0-3所在 的扇形區(qū)域；象限II是3-6所在的扇形區(qū)域；象限III是6-9所在的扇形區(qū)域；
[0031] 操作者的手勢從虛擬界面的中心點出發(fā)選擇象限，則根據(jù)手勢運動軌跡的方向范 圍，判斷操作者欲選擇的象限；
[0032] 中心點0與數(shù)字0確定的射線為起始向量L，沿順時針方向角度逐漸增大，手勢運 動的方向為T，T與L之間的夾角為0 =〈T，L>，T所在的象限為：
[0033]
[0034] 在進行數(shù)字選擇時，操作者的手掌沿T方向平移，然后垂直向前推手勢，則選中T 所確定的象限，然后調(diào)入對應(yīng)的虛擬界面模板，將該象限設(shè)為新的虛擬界面供操作者進一 步操作；
[0035] 在所述新的虛擬界面中，只有該象限中的4個數(shù)字。
[0036] 所述方法采用粒子濾波算法獲得手勢運動軌跡。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0038] (1)解決了"MidasTouch問題"（即"點石成金"問題，用戶所有的手勢動作都會 被傳感器捕獲當(dāng)作命令執(zhí)行而導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)紊亂，極大地加重認(rèn)知用戶負(fù)荷和操作負(fù)荷）。
[0039] (2)解決了傳統(tǒng)用手勢輸入數(shù)字時存在的缺陷（例如，識別率低；手勢復(fù)雜，不便 于輸入多位數(shù)字，以及需要記憶數(shù)字手勢等問題）。
【附圖說明】
[0040] 圖1本發(fā)明中用于數(shù)字輸入的虛擬界面模板
[0041] 圖2本發(fā)明實施例中的虛擬界面模板
[0042] 圖3-1本發(fā)明實施例中10個數(shù)字劃分到三個象限中
[0043] 圖3-2本發(fā)明實施例中將第1象限作為虛擬界面模板生成新的虛擬界面。
【具體實施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0045] (1)虛擬界面
[0046] 通過分析操作者的手勢操作行為，計算機可以形成位于操作者前面的手勢交互感 應(yīng)區(qū)，該區(qū)域既可能是二維（2D)也可能是三維（3D)，它可以隨著操作者的身體位置或體態(tài) 的變化亦步亦趨地變化，就好像操作者手勢附近有一個看不見但卻可以隨操作者身體的運 動而變化的操作屏幕，本發(fā)明將這種具有特定結(jié)構(gòu)和功能的操作者手勢操作區(qū)域稱為（無 形）虛擬界面（TI)。把虛擬界面劃分為若干個子塊，把多模態(tài)手勢（即2D界面手勢/3D界 面手勢，通信型手勢/操作型手勢）進行組合構(gòu)建基本的交互功能，并在這些子塊與交互 功能之間建立對應(yīng)關(guān)系，這樣的子塊被稱為功能塊。
[0047] 虛擬界面的作用在于，它不僅從一個側(cè)面反映了操作者手勢操作的行為模型，而 且它從一個側(cè)面刻畫了操作者的心理模型，并且使得非接觸式交互界面是有結(jié)構(gòu)的、是可 以感知的、是可以計算的，從而將接觸式交互與非接觸式交互有效地統(tǒng)一起來。
[0048] (2)物理空間
[0049] 本發(fā)明將顯示屏幕稱為物理界面（PI)，操作者與物理界面之間的空間稱為物理空 間。物理空間分為虛擬界面和非虛擬界面構(gòu)成。給出了一種可能的物理空間結(jié)構(gòu)圖，其中， 虛擬界面分為3D操作區(qū)和2D操作區(qū)，操作者手勢只有在虛擬界面內(nèi)才是有效的和可以感 知的；在虛擬界面之外的物理空間是無效手勢命令區(qū)，計算機不會響應(yīng)無效手勢命令區(qū)的 任何手勢命令或手勢操作。
[0050] 虛擬界面的構(gòu)造算法如下：
[0051] 1.計算機檢查操作者的行為模型：手掌首先前推，然后保持靜止?fàn)顟B(tài)。
[0052] 2.計算出手掌保持靜止?fàn)顟B(tài)時手勢的重心位置0;
[0053] 3.將事先設(shè)計好的虛擬界面模板M放到以0為中心的位置，得到虛擬界面 V(〇,QM)，其中，QM表示模板M所確定的虛擬界面的范圍；
[0054] 4.利用空間深度信息和手勢跟蹤技術(shù)，計算出V上各個興趣點的三維位置信息；
[0055] 5.返回虛擬界面V。
[0056] 虛擬界面模板M的功能分布以及大小范圍是確定不變的。根據(jù)不同的應(yīng)用需要， 可以設(shè)計不同的虛擬界面模板M。所謂V上的興趣點，是指操作者在虛擬界面V上的交互對 象。
[0057] 基于虛擬界面群的數(shù)字輸入算法具體如下：
[0058] 1算法描述