一種基于四邊形骨架結構的靜態手勢特征描述方法技術

本發明專利技術公開的一種基于四邊形骨架結構的靜態手勢特征描述方法，首先通過膚色區域檢測獲得靜態手勢區域的二值模板；然后，根據該二值模板構建外接矩形，并將該外接矩形等分為四個子矩形；并分別在四個子矩形中尋找落在其內部的二值模板像素點集的質心，連接四個質心構造一個能夠反映不同手勢的四邊形骨架；之后，提取該四邊形骨架的六個周長比，四個角周比和四個矩形度作為描述特征量，對該描述特征量進行歸一化處理，形成１４維的特征向量，用于表示不同的靜態手勢。本發明專利技術方法不僅能夠給出區分常用手勢的特征，而且能給出區分復雜靜態手勢的特征，并能滿足實時處理的要求，提高復雜手勢的識別正確率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于圖像生物特征識別
，涉及一種靜態手勢的特征描述 方法，具體涉及。
技術介紹
手勢識別，屬于肢體語言識別范疇的相關技術，是一種生物特征識別技 術；可以用于人機交互、啞語翻譯等領域。根據手勢的運動狀態可以將手勢 定義為靜態手勢和動態手勢。靜態手勢的特征描述，是手勢識別技術中的關鍵環節，現有的靜態手勢 的特征描述，多采用不變矩、傅里葉描述符、交點統計等方法，但這些方法 對于復雜手勢的識別正確率較低、耗時長，不能滿足對特征手勢實時提取的 要求。 -
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于四邊形骨架結構的靜態手勢特征描述 方法，提高復雜手勢識別的正確率，節省時間，并能實時進行手勢特征的提 取。本專利技術所采用的技術方案是， 一種基于四邊形骨架結構的靜態手勢特征 描述方法，通過膚色檢測獲得靜態手勢的二值模板，對該二值模板構造四邊 形骨架結構，然后，提取四邊形骨架結構的14個具有縮放不變性的特征量， 并對該特征量進行歸一化處理，用以對不同的手勢進行描述，該方法按以下 步驟進行步驟l:提取拍攝的靜態手勢視頻幀畫面中的手勢區域采用現有的膚色檢測方法，將RGB色系下拍攝得到的視頻幀畫面中的手勢區域根據以下公式轉換到YIQ色系，生成該手勢區域的二值模板<formula>formula see original document page 6</formula>及 G l 5r =-， g =-， 6 =-o255 255 255式中，R、 G、 B分別為圖像的紅色、綠色、藍色通道的三基色值，"、 g、 6分別表示RGB色系下歸一化后的三基色值，r、/、 ^分別表示轉換 到YIQ色系后圖像的亮度、色調和飽和度；步驟2:根據手勢二值模板構建手勢四邊形骨架結構 根據步驟1得到的靜態手勢的二值模板，構建靜態手勢的四邊形骨架結 構，具體構建步驟如下1) 找出靜態手勢二值模板的四個邊界像素點，根據該四個邊界像素點 構建一個外接矩形，鎖定手勢區域，2) 將步驟l)構建的外接矩形均分為四個子矩形，3) 按以下公式分別求取步驟2)得到的四個子矩形區域內包含的靜態手 勢部分的質心，質心的計算公式為式中，S表示連通域，即子矩形中的部分手勢所構成的區域，^表示連通域內像素的個數，""，、)為質心的坐標，以確定的四個質心為頂點，依次連接構成一個四邊形，該四邊形即為靜態手勢的骨架結構；步驟3:提取靜態手勢四邊形骨架結構的特征1)分別求取步驟2構建的四邊形骨架結構的邊周比、角周比、矩形度 邊周比根據兩點間距離公式= )2+0^-^)2分別計算出步驟2得到的四邊形的四條邊和兩條對角線的長度，按逆時針，分別求取各線段的長度分別與四邊形的周長CS的比值，生成以下六個特征量式中，AB、 BC、 CD、 DA分別為按逆時針四邊形各邊的長度，AC、 BD分別是四邊形兩對角線的長度， 角周比根據余弦定理逆時針分別計算出四邊形四個頂角的值，各頂角的值與四邊形內角和的比生成以下四個特征量/7 =^4/360; /8=ZB/360; /9 =ZC/360; A-ZD/360;式中，J、 ZS、 ZC、 ZD分別表示四邊形四個頂角的值， 矩形度分別計算各子矩形內手勢部分連通域面積4與各子矩形面積4的比式中，A;、^2、 、 ^W分別表示各子矩形內手勢部分的連通域面積，AR1, AR2, AR3, AR4分別表示各子矩形的面積，2)對上面得到的14個特征量迸行歸一化處理，即計算各特征量的特征量和,-堂y;，然后，將各特征量用"-y;"訓代替，所獲得的歸一化后的14個特征構成一個14維的特征向量，用以表示不同的靜態手勢。本專利技術靜態手勢特征描述方法，，采用四邊形骨架結構替代復雜的手勢， 實現了手勢特征提取的簡單化，達到了對手勢特征實時的提取，適用于不同 人手的不同手勢的識別，無論是對手指根數和手指朝向不同的輪廓差異較大 的手勢，還是對手型相同但朝向不同的輪廓差異細微的手勢，均可獲得良好 的識別結果。 附圖說明圖1是采用膚色檢測方法生成的靜態手勢的二值手勢模板圖；圖2是采 用本專利技術方法構建的靜態手勢四邊形骨架結構圖。 具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術迸行詳細說明。本專利技術方法，首先利用現有膚色檢測方法提取手勢區域生成的二值手勢 模板，然后，根據該二值手勢模板構建四邊形骨架結構，并依據構建的四邊 形骨架結構生成靜態手勢特征，該方法按以下步驟進行步驟l:提取拍攝的靜態手勢視頻幀畫面中的手勢區域采用現有的膚色檢測方法，將人手顯示的具體靜態手勢，在RGB色系 下拍攝，將得到的視頻幀畫面中的手勢區域，根據以下公式轉換到YIQ色系， 并將其提取出來，生成如圖1所示的該手勢區域的二值模板<formula>formula see original document page 9</formula>其中，R、 G、 B分別為圖像的紅色、綠色、藍色通道的三基色值，r、 g、 6分別表示RGB色系下歸一化后的三基色值，F、/、 ^分別表示轉換 到YIQ色系后圖像的亮度、色調和飽和度。本專利技術方法采用YIQ色系下進行膚色檢測，是因為人手膚色分布在一定 的顏色區域內，靜態手勢對環境光照條件差異具有適應性，且在YIQ色系下， 人手膚色在/ e 的范圍內具有良好的聚類特性。步驟2:根據手勢二值模板構建手勢四邊形骨架結構根據步驟1得到的靜態手勢的二值模板，構建靜態手勢的四邊形骨架結 構，具體構建步驟如下1) 尋找靜態手勢二值模板的外接矩形對靜態手勢二值模板進行上、下、左、右四個方向的搜索，找出該模板 的四個邊界像素點，并根據邊界像素點構建一個如圖2所示的外接矩形，鎖 定手勢區域。2) 劃分子矩形確定l)中構建的外接矩形的各邊中點，將相對兩條邊的中點連線，該 中點連線將外接矩形劃分為四個子矩形，按逆時針依次記為1、 2、 3、 4，如圖2所示。3)構造靜態手勢的骨架結構分別求取四個子矩形區域內包含的靜態手勢部分的質心，質心的計算公 式為xm Sx少附Z!少式中，s表示連通域，即子矩形中的部分手勢所構成的區域，^表示連通域內像素的個數，"-h)為質心的坐標。如果某個子矩形內不存在靜態手勢二值模板的像素點，則用l)中所得外接矩形的中心點替代該子矩形的質心，記為A、 B、 C、 D。以確定的四個質心為頂點，依次連接構成四邊形ABCD，該四邊形即為 靜態手勢的骨架結構，如圖2所示。3.提取靜態手勢四邊形骨架結構的特征 、 手勢輸入時，由于人手離拍攝鏡頭遠近的不同，手勢在圖像中的大小隨 之發生相應變化，同時，相同的手勢形狀但不同的手指朝向，在手勢的定義 中意味著不同的含義，所以，提取的靜態手勢的特征必須保證同一手勢特征 量的縮放不變性，特征量必須能夠將其明確地區分，故采用0到1之間的比 例數作為靜態手勢四邊形骨架結構的特征量； 1)邊周比根據兩點間距離公式^,-^/(a -a)2 +(力-h)2分別計算出步驟2得到的 四邊形ABCD的四條邊AB、 BC、 CD和DA以及對角線AC、 BD的長度。按逆時針，將上述各線段的長度分別與四邊形ABCD的周長Cs求比， 生成以下六個特征<formula>formula see 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于四邊形骨架結構的靜態手勢特征描述方法，通過膚色檢測獲得靜態手勢的二值模板，對該二值模板構造四邊形骨架結構，然后，提取四邊形骨架結構的１４個具有縮放不變性的特征量，并對該特征量進行歸一化處理，用以對不同的手勢進行描述，其特征在于，該方法按以下步驟進行：　步驟１：提取拍攝的靜態手勢視頻幀畫面中的手勢區域　采用現有的膚色檢測方法，將ＲＧＢ色系下拍攝得到的視頻幀畫面中的手勢區域根據以下公式轉換到ＹＩＱ色系，生成該手勢區域的二值模板：　＊＊＊　ｒ＝Ｒ／２５５，ｇ＝Ｇ／２５５，ｂ＝Ｂ／２５５?！∈街校摇ⅲ?、Ｂ分別為圖像的紅色、綠色、藍色通道的三基色值，ｒ、ｇ、ｂ分別表示ＲＧＢ色系下歸一化后的三基色值，Ｙ、Ｉ、Ｑ分別表示轉換到ＹＩＱ色系后圖像的亮度、色調和飽和度；　步驟２：根據手勢二值模板構建手勢四邊形骨架結構　根據步驟１得到的靜態手勢的二值模板，構建靜態手勢的四邊形骨架結構，具體構建步驟如下：?。保┱页鲮o態手勢二值模板的四個邊界像素點，根據該四個邊界像素點構建一個外接矩形，鎖定手勢區域，?。玻⒉襟E１）構建的外接矩形均分為四個子矩形，?。常┌匆韵鹿椒謩e求取步驟２）得到的四個子矩形區域內包含的靜態手勢部分的質心，質心的計算公式為：　ｘ↓［ｍ］＝１／Ｎ↓［Ｓ］.＊，ｙ↓［ｍ］＝１／Ｎ↓［Ｓ］.＊；　式中，Ｓ表示連通域，即子矩形中的部分手勢所構成的區域，Ｎ↓［Ｓ］表示連通域內像素的個數，（ｘ↓［ｍ］，ｙ↓［ｍ］）為質心的坐標，　以確定的四個質心為頂點，依次連接構成一個四邊形，該四邊形即為靜態手勢的骨架結構；　步驟３：提取靜態手勢四邊形骨架結構的特征?。保┓謩e求取步驟２構建的四邊形骨架結構的邊周比、角周比、矩形度邊周比　根據兩點間距離公式ｄｉｓｔ＝＊＊＊分別計算出步驟２得到的四邊形的四條邊和兩條對角線的長度，按逆時針，分別求取各線段的長度分別與四邊形的周長Ｃｓ的比值，生成以下六個特征量：?。妗郏保荩剑粒拢茫?；　ｆ↓［２］＝ＢＣ／Ｃｓ；　ｆ↓［３］＝ＣＤ／Ｃｓ；?。妗郏矗荩剑模粒茫螅弧。妗郏担荩剑粒茫茫螅弧。妗郏叮荩剑拢模茫螅弧∈街校粒?、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡ分別為按逆時針四邊形各邊的長度，ＡＣ、ＢＤ分別是四邊形兩對角線的長度，　角周比　根據余弦定理逆時針分別計算出四邊形四個頂角的值，各頂角的值與四邊形內角和的比生成以下四個特征量：?。妗郏罚荩健希粒常叮?；?。妗郏福荩健希拢常叮?；?。妗郏梗荩健希茫常?/span>...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱虹，金歡，徐驍斐，趙朝杰，孫國清，曹建斌，許潔，韓永鵬，吳瑞杰，王棟，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]