[发明专利]一种利用视觉进行非接触式人机交互的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式的人机交互系统，属于人机交互领域，尤其涉及一种利用视觉进行非接触式人机交互的系统，用于实现人与机器人之间自然、和谐的交流。

背景技术

机器人技术发展至今，正在朝着更加智能化、拟人化的方向深入，并且人们都期望机器人能真正融入日常生活，在各个方面成为人们的生活伙伴。

人机交互技术，作为人与机器(机器人)之间信息交流的接口技术，是人与机器人之间信息沟通的桥梁；是使机器人能更好的融入人们生活的关键。因此，人们付出了近半个多世纪的努力，注入了大量精力来研究开发更加自然、和谐的人机交互方式。如今，随着多模态人机交互的提出与深入发展，已经进入了第四代阶段。新一代人机交互的输入方式不再局限于传统意义上的接触式，如键盘、鼠标、触摸屏及操纵杆等，而更多的是一些新发展起来的与计算机无接触的方式，如语音、手势、脑波和视线等。其中将视线信息作为输入的交互技术，以其独具的直接性、自然性和双向性成为了最具潜力的新一代人机接口技术。

这种与人无接触的方式使得在一些不具备接触条件下的交互成为可能。比如在某些场合下，由于危险或不便使得使用者无法与机器进行接触，这样的无接触方式就具有更大的优势。还有，对于行动不便或那些没有机器操作经验的人来说，这样的方式更自然、直接且容易适应并掌握。如专利文献ZL200410025125.6中公开的一种人机交互方法就是以视觉、语音以及手动操作相结合的多通道方式实现人机交互的。此种交互方法以视觉通道为主来输入信息，使用者通过视觉过程来选择目标，而要激活目标则要通过语音或手动操作，是传统交互方式的一种改进。

这里提出的利用视觉进行交互的方式是完全依靠视觉通道，使用者只利用视觉活动来实现与机器人信息交互。目前此种方式的交互技术更多的停留在人对机器的单方向信息输入，具体表现为人对机器的控制，而没有真正体现人与机器之间的信息交流与互动，因为机器本身缺乏对人的行为的“理解”与“思考”，只是一味地服从命令。造成此种境况的原因主要是这种交互方式存在一个公认的技术瓶颈：“米达斯”接触问题。这个问题最早由Jacob于1990年在他发表的名为：“What You Look At Is WhatYou Get：Eye Movement-Based Interaction Techniques，”Proc.ACM CHI′90 HumanFactors in Computing Systems Conference，pp.11-18，Addison-Wesley/ACM Press”的文章中提出的。他指出：将视线落点信息作为交互的输入信息与传统的将手动鼠标位置信息输入的方式不同，眼睛不像手一样能靠“点击”来明确触发命令和表达意图。以他当时提出的方法，视线只要落在了某个按钮上就会触发命令，机器不能有效的区分有意眼动命令与无意眼动命令，这使得操作者的每一次眼动都会触发一条命令，而有时人只想随意浏览而无意触发命令，这样就会给操作者带来一些困扰，阻碍此种交互方式的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的利用视觉进行人机交互的系统。这种交互系统只利用视觉通道，完全实现了交互过程中信息在视觉通道上的双向流通，即，人通过视觉注意来表达意向，机器人通过机器视觉来接收信息并通过分析“理解”人的目的；然后机器人通过能给人产生视觉刺激的方式发回反馈信息，人再通过视觉系统接收机器人传达的信息进行判断，再继续向机器人发出信息。这样使交互过程融入了机器人本身的智能，真正达到了交互的目的。同时，这样的交互系统能克服“米达斯”接触问题，提高了这种交互方式的可操作性和可靠性，实现了自然、和谐的人机交互。

本发明提供了一种利用视觉进行非接触式人机交互的系统，该系统包括：机器视觉单元、信息处理分析单元和交互信息显示单元。

机器视觉单元是利用发出特殊波长的主动光源均匀照射使用者面部，结合配套的敏感相机，持续获得此光照环境下的使用者的面部图像。

信息处理分析单元是由使用者面部图像检测出其视线方向，分析其眼动状态并提取出蕴含意图的信息，识别意图信息做出相应的反馈决策。

交互信息显示单元是以能给人产生视觉刺激的方式为使用者提供机器人的反馈信息，并作为机器人与使用者交互最直接的平台，成为二者之间信息互通的结合部。

机器视觉单元将获取的使用者面部图像持续传送至信息处理分析单元，信息处理分析单元又将反馈决策以命令形式发送至交互信息显示单元。

所述机器视觉单元包括：

两个发出特定波长的近红外光的主动光源，用于均匀地照射使用者的面部。