[发明专利]一种基于红外图像的手势识别系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及手势识别系统及方法，特别涉及一种基于红外图像的手势识别系统及方法。

背景技术

随着人机交互技术的飞速发展，各种新型的人机交互方式不断涌现，基于手势识别的人机交互方式作为其中一个分支，随着各种新算法的提出及改进，其重要性日益凸显，并将在不远的将来走进千家万户，成为家庭中人机交互的主要方式。

然而，手势识别这类基于数字图像处理的人机交互方式，一直面临着一个难以解决的问题，即摄像头场景中各种光照环境对于数字图像质量的影响，其中包括低照度情况下图像细节的呈现，各种色光照明对图像中特定物体色彩的干扰，图像传感器对于光照强度变化不适应导致的图像整体过亮或过暗现象等。针对这样的一些问题，学术界提出了许多的解决方法，其中包括各种颜色恒常性算法、自适应颜色分类器等。

颜色恒常性是这一预处理领域运用得较为广泛的理论，其基本定义是，当照射在物体表面的颜色光发生变化时，人们对该物体表面颜色的直觉仍然保持不变，物体的颜色不是由入射光决定的，而是由物体本身的反射属性决定的。基于这样一个定义，人们提出了许多方法，其中包括Retinex算法、灰色世界理论算法、色谱映射算法、颜色相关性算法、Bayesian决策算法、神经网络颜色恒常性算法、基于参考色的颜色恒常性算法等。而自适应的颜色分类器则是在原有特定颜色训练的基础上，实时的根据场景状况调节分类器的相关参数，保证分类器对于色彩的分类能够完全适应场景光照的变化，做到各种光照环境下特定物体色彩的提取。然而这样的一些方法都是基于数字图像处理的，且其较好的处理效果都只针对特定的操作环境。而本方法从前端入手，在视频获取电路上做改进，保证了后端手势提取及跟踪算法输入图像的质量，减小了后端算法的负担，同时针对红外照明环境下成像的特点，选用相应的处理算法进行人手分割，降低了其计算复杂度，使其在工程上的实现成为可能。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于红外图像的手势识别系统，本发明的另一目的在于提供上述系统的手势识别方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

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(数字信号处理器)芯片；所述镜头组件安装在CMOS光学传感芯片的前方；

所述FPGA(现场可编程门阵列)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。

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°。

所述LED灯管的直径参数为8mm，发射角大于45°。

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。

上述的基于红外图像的手势识别系统的手势识别方法，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。

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：