[发明专利]一种基于红外图像的手势识别系统及方法

权利要求书

1.一种基于红外图像的手势识别系统，包括红外照明模块、前端图像处理模块和数字图像手势分割及跟踪模块，其特征在于，所述前端图像处理模块包括相互连接的红外视频采集单元、FPGA控制及输出单元，

所述红外视频采集单元包括可调节参考电压的CMOS光学传感芯片和镜头组件，所述CMOS光学传感芯片集成有DSP芯片；所述镜头组件安装在CMOS光学传感芯片的前方；

所述FPGA控制及输出单元包括依次连接的图像质量评估模块、参考电压调节模块和输出模块，所述图像质量评估模块用于判断手部区域与手部周围区域是否在数字图像中呈现相同或相近的像素值，若是，则控制参考电压调节模块调节CMOS光学传感芯片中A/D转换器的参考电压VREF1和VREF2；若否，则通过输出单元直接输出数字图像。

2.根据权利要求1所述的基于红外图像的手势识别系统，其特征在于，所述红外照明模块由4个红外LED灯管组成，所述4个红外LED灯管均匀分布在镜头组件的镜头周围，与镜头中心的距离小于或等于3cm，各LED灯管与镜头中心的连线之间夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的基于红外图像的手势识别系统，其特征在于，所述LED灯管的直径参数为8mm，发射角大于45°。

4.根据权利要求2所述的基于红外图像的手势识别系统，其特征在于，所述镜头的前方安装有滤波片，所述滤波片的透光波段与红外LED灯管的发光波段对应。

5.如权利要求1～4任一项所述的基于红外图像的手势识别系统的手势识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)红外照明模块照亮手势操作区域；

(2)红外视频采集单元采集红外图像，具体包括以下步骤：

(2-1)CMOS光学传感芯片获得像素点的模拟电压V₀；

(2-2)根据CMOS光学传感芯片的参考电压VREF1和VREF2，通过A/D转换器和DSP芯片处理，对CMOS光学传感芯片获取的数字图像各像素点模拟电压V₀进行量化，将每一帧图像像素点的电压量化为8bit数据：VREF1≤V₀≤VREF2，得到数字图像；

(2-3)图像质量评估模块判断能否手势能否被识别：手部区域与手部周围区域是否在数字图像中呈现相同或相近的像素值，若是，则控制参考电压调节模块调节A/D转换器的参考电压VREF1和VREF2，重复步骤(2-2)～(2-3)；若否，则通过输出单元直接输出数字图像；

(3)对数字图像进行手势分割及跟踪。

6.根据权利要求5所述的基于红外图像的手势识别系统的手势识别方法，其特征在于，步骤(3)所述对数字图像进行手势分割及跟踪，具体包括以下步骤：

(3-1)对红外视频采集单元采集到的红外图像I₀，提取其RGB中任一色层或将其灰度化得到图像I₁；

(3-2)使用预先训练好的分类器对I₁图像进行处理，找到图像中人手区域，并确定人手在图像中出现的位置P及范围S；

(3-3)依据范围S内数字图像数据，统计区域内出现概率最高的灰度值，以此灰度值作为阈值T；

(3-4)用阈值T估计人手区域的灰度值范围，确定全局二值化阈值，获得二值化图像I_B；

(3-5)对I₁灰度图像使用帧差法，确定人手运动帧差图像I_F；

(3-6)在I_B图像能够正常分割出人手的情况下，确定人手质心位置坐标，更新P并重新确定范围S位置，对人手进行跟踪；在I_B图像不能正常分割出人手的情况下，使用帧差图像I_F，确定人手质心坐标，更新P并重新确定范围S位置，对人手进行跟踪。