[发明专利]一种基于ZYNQ软硬件协同处理的手势识别系统及方法

说明书

本发明提出一种基于ZYNQ软硬件协同处理的手势识别系统及方法，所述系统包括：图像预处理模块、手势分割模块、特征提取模块、手势识别模块、手势识别应用及界面显示模块和数据通路模块。其中，图像预处理模块和数据通路模块由PL部分实现，其他四个模块由PS部分实现。所述手势识别方法把需要处理的手势从复杂的背景中分割出来，之后基于动态时间规整模型识别方法进行动态手势的特征提取与手势识别。本发明提供的手势识别系统及方法能够根据用户的手势确定用户的控制命令并进行对应的操作，从而减少系统与用户进行交互时的操作步骤的复杂度，具有实时性较好、处理能力较快的效果，改善用户的交互体验。

技术领域

本发明属于手势识别技术领域，特别是涉及一种基于ZYNQ软硬件协同处理的手势识别系统及方法。

背景技术

随着社会的快速发展与进步，人机交互逐渐成为日常生活中的重要组成部分，人们对于人机交互的便捷性、高效性的要求也越来越髙。而传统的基于键盘、鼠标的交互方式已显示出其局限性，新的人机交互需要提供给人们更好的便携性、多样性，其目的是希望人与计算机之间的交互能够像人与人之间的交流那样便捷、自然。因此，符合人际交流习惯的新式人机交互技术逐渐受到人们的重视。

新的人机交互己从以设备为主转换到以人为主。当前的新式人机交互主要是基于触觉、听觉和视觉，其中，基于触觉的触摸屏技术和基于听觉的语音识别技术己经非常成熟，并且已大范围应用于手机、计算机、车载等设备中。而基于视觉的人机交互技术仍处于发展中，特别是手势识别，逐渐成为人机交互领域和计算机视觉领域的一个研究热点。

手势作为一种直观的的输入方式，可以使人们摆脱键盘、鼠标等设备的限制，将人的手势直接作为输入设备，利用手势识别技术对计算机及其他设备进行控制，省去了中间媒介，增强了人机交互的自然性和便捷性。手势的运动和变化非常灵活，相比较其它的交互方式，将手势用来与计算机交互，将获得更加便捷、直接和内容丰富的用户体验。

目前，尽管手势识别技术还不完全成熟，但是它在人们的日常生活、学习和工作中，正在发挥着越来越重要的作用。相对于在PC机上实现的手势识别系统，基于嵌入式系统的手势识别具有更灵活，应巧更广泛的优势。

目前的嵌入式系统大多基于ARM，FPGA等单一平台，ARM可以较方便的搭建嵌入式系统，但当处理复杂算法时，其运行速度将受到很大影响。FPGA的并行运算能力很强，逻辑资源很丰富，但在进行复杂、庞大的算法方面没有优势。对于手势识别这类算法复杂，计算量庞大，实时性也有很高要求的系统，以上单一平台都无法承担所有要求。因此，融合多种硬件平台的ZYNQ平台就是基于FPGA+ARM架构，它将两者的优势结合到一起，可实现复杂、运算量大的算法，同时保证系统满足实时性要求，还可使系统更加灵活，应用更加广泛。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中手势识别方法处理速度较慢、实时性与处理能力较差、系统功耗较大、影响用户体验的技术问题，提出了一种基于ZYNQ软硬件协同处理的手势识别系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于ZYNQ软硬件协同处理的手势识别系统，所述ZYNQ的主处理器包含处理器系统PS与可编程逻辑PL，两者采用AXI工业标准的接口，从而在芯片的两个部分之间实现互联的异构架构；所述系统包括图像预处理模块、手势分割模块、特征提取模块、手势识别模块、手势识别应用及界面显示模块和数据通路模块；其中，所述图像预处理模块和数据通路模块由PL部分实现，所述手势分割模块、特征提取模块、手势识别模块和手势识别应用及界面显示模块由PS部分实现；

所述图像预处理模块用于将摄像头采集的RGB图像进行颜色空间转换，并依据此颜色空间对手势图像进行初步提取，之后对初步提取到的手势图像进行滤波和形态学处理；

所述手势分割模块用于将预处理后的手势图像进行类肤色干扰的去除，所述类肤色干扰包括静态的类肤色背景干扰和动态的人脸、手臂干扰；