[发明专利]一种三维手势识别装置及三维手势识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及手势识别技术，尤其涉及一种三维手势识别装置三维手势识别方法。

背景技术

目前，手势交互技术已经广泛应用于人机交互领域，现有技术手势交互技术主要包括基于单摄像头的二维手势识别和基于红外结构光的摄像头三维手势识别，后者如微软公司的产品kinect。基于单摄像头的二维手势识别操作上没有纵深信息，只能识别比较简单的二维手势信息；基于红外结构光的三维手势识别实现成本较高，操作精度有一定缺陷。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明为解决现有技术缺陷和不足，提出一种基于普通红外摄像头的三维手势识别设备及手势识别方法，可消除环境的干扰，提高手势识别的可靠性，计算过程简单，实现成本低。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种三维手势识别装置，用于对手势进行识别，包括两个红外摄像头、图像采集单元、红外发光二极管、红外发光二极管驱动单元、运算单元和手势识别单元；所述两个红外摄像头的镜头朝上设置，所述图像采集单元与两个红外摄像头电连接，所述红外发光二极管驱动单元与红外发光二极管电连接以驱动红外发光二极管发光，所述运算单元与图像采集单元、红外发光二极管驱动单元、手势识别单元电连接；所述运算单元控制红外发光二极管发光为两个红外摄像头摄取的手势图像提供背景光，所述图像采集单元通过两个红外摄像头采集手势图像数据，并将手势图像数据发送到运算单元进行处理，运算单元获得手势图像数据后发送给手势识别单元实现三维手势识别。

所述两个红外摄像头之间的水平距离为6cm。

所述两个红外摄像头的视角夹角为60°。

所述红外二极管至少为一个。

本发明还提供了一种三维手势识别方法，基于上述三维手势识别装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：

将左、右两个红外摄像头水平设置，且摄像头镜头朝上；

所述图像采集单元通过左、右两个红外摄像头分别获取两个红外摄像头上方视角范围内的第一手势图像、第二手势图像发送至运算单元；

运算单元将第一手势图像、第二手势图像分别进行图像二值化处理；

运算单元将二值化处理后的第一手势图像、第二手势图像分别进行边缘提取算法得到第一手势图像的边缘图像、第二手势图像的边缘图像；

运算单元根据第一手势图像的边缘图像、第二手势图像的边缘图像实现手指二维坐标定位；

运算单元将第一手势图像的边缘图像的二维定位坐标和第二手势图像的边缘图像的二维定位坐标转换成三维定位坐标，与预先存储于手势识别单元中的手势模型信息进行匹配识别。

作为进一步改进的方案，手势操作范围为两个红外摄像头的视角的交集。

所述二值化算法采用普通阈值分割实现。

所述边缘提取算法先采用7×7模板的腐蚀算法去除杂散点，然后用7×7模板膨胀恢复原图，再采用恢复的原图减去该恢复的原图经过3×3腐蚀算法后的图像得到边缘图像。

所述二维手指定位采用搜索第一、二手势图像中整个手的边缘轮廓图像，扫描手部轮廓曲线中的夹角，确定夹角为锐角并且方向垂直向上的为指尖部位，定位出手指的每个指尖所在位置。

所述将第一手势图像的边缘图像的二维定位坐标和第二手势图像的边缘图像的二维定位坐标转换成三维定位坐标是通过双目视觉算法实现的。

与现有技术相比较，本发明采用了两个红外摄像头来获取手势图像解决了二维手势识别没有纵深信息导致手势识别不准确；红外发光二极管照明解决了可见光干扰的问题，并且红外摄像头的镜头朝上设置，能减少摄取到的图像背景的干扰，不像现有技术摄取的手势图像往往会受到人体背景的干扰，能够通过简单的计算实现复杂手势的识别，提高识别的准确率。 

附图说明

图1是本发明三维手势识别装置的原理结构框图。

图2是本发明三维手势识别装置具体实施例（仅示出两个红外摄像头和红外发光二极管）的透视结构示意图。

图3是本发明三维手势识别装置具体实施例之红外发光摄像头的视角结构示意图。

图4是本发明三维手势识别方法的工作流程图。

图5是图4中所指二维手指坐标定位的手指定位结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。