一种基于机器视觉的空间手势控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于机器视觉的空间手势控制装置，包括主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块；四个模块集成一体模块化，所述控制装置基于嵌入式平台搭建，所述主控模块与数据处理模块共用所述控制装置主板上的主控芯片，所述通信模块集成于所述主板上；所述主控模块控制其他各模块的运行，并实时监控其运行状态；数据获取模块通过单目摄像头捕获用户手部图像，并传入数据处理模块；所述数据处理模块分析得到控制命令，并传至通信模块，所述通信模块向受控设备发送控制命令；本发明专利技术所述装置，手势识别准确，操作流畅。模块体积小、成本低、集成度高、模块化程度高，既可单独作为硬件系统中控，也可集成于总体平台中，易于搭建及维护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的空间手势控制装置
本专利技术属于手势控制
，特别是涉及一种基于机器视觉的空间手势控制装置。
技术介绍
基于机器视觉的空间手势控制是人机交互方式领域的研究热点之一。目前，基于机器视觉的空间手势控制设备从原理上可分为基于单目成像和基于深度成像两类。其中，基于单目成像的设备通过单目摄像头采集图像，主要利用手部颜色、形状及运动等特征实现空间手势检测及识别。基于深度成像的设备则利用深度摄像头采集图像，可以额外获取手部与摄像头间的距离作为特征，如Kinect控制器等。相比基于单目成像的方法，由于额外引入了深度信息，精度较高，但硬件成本及其对计算平台的要求也较高。此外，部分空间手势识别方案要求使用者穿戴指定设备，如手环、手套等作为辅助。现阶段，基于机器视觉的空间手势控制设备通常作为附加组件接入控制系统。这些空间手势控制设备大部分将图像采集与数据处理分离，依托于外部计算平台或控制系统主机来处理图像数据。设备整体或因体积过大，或因成本过高，或因对计算平台过于依赖，应用场景普遍受限。市面少有集系统控制、图像采集、数据处理与外部通信四项功能于一体的，集成化、模块化的空间手势控制装置。目前基于机器视觉的空间手势控制方法中，基于深度成像的方法设备成本普遍偏高，且由于对计算平台有较高要求，设备整体体积偏大。基于单目成像的方法中，多数高精度方法运算量较大，难以流畅运行于嵌入式平台；而适用于嵌入式平台的方法中，大多仅识别简单手部形态及二维移动轨迹，无法提取手部倾斜、旋转等姿态信息。此外，现有空间手势控制设备大多将图像采集与数据处理分离，集成化程度低，在架构上也并未进行模块化设计。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提供了一种基于机器视觉的空间手势控制装置。本专利技术所述的空间手势控制装置，手势识别准确，操作流畅。模块体积小、成本低、集成度高、模块化程度高，既可单独作为硬件系统中控，也可集成于总体平台中，易于搭建及维护。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于机器视觉的空间手势控制装置，包括主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块；所述主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块集成一体模块化，所述控制装置基于嵌入式平台搭建，所述主控模块与数据处理模块共用所述控制装置主板上的主控芯片，所述通信模块集成于所述主板上；所述主控模块控制其他各模块的运行，并实时监控其运行状态；数据获取模块通过单目摄像头捕获用户手部图像，并传入数据处理模块；所述数据处理模块分析得到控制命令，并传至通信模块，所述通信模块向受控设备发送控制命令；所述数据处理模块用于分析处理捕获到的手部图像并识别对应的空间手势，所述空间手势识别流程具体为：步骤1、由数据获取模块输入手部图像；步骤2、在手部图像中检测用户手部；步骤3、提取手部位姿；步骤4、根据手部检测结果和位姿提取结果分析得到用户手势控制命令；步骤5、输出手势控制命令，识别结束。进一步地，所述数据获取模块直接集成于空间手势控制装置的主板上，或通过USB数据线连接至主板。进一步地，所述空间手势控制装置能够单独作为设备中控使用或嵌入系统中使用。进一步地，所述手部检测流程具体为：步骤2.1、输入手部图像；步骤2.2、计算手部图像各像素梯度大小及方向，并进行量化，量化值作为新的图像特征；步骤2.3、将图像梯度量化值与预设模板进行匹配；步骤2.4、输出检测结果，结束。进一步地，所述手部位姿提取具体流程为：步骤3.1、读取检测结果；步骤3.2、在手部图像中随机选取多组像素对，计算每对像素的差值，所得结果即为新的手部特征；步骤3.3、将手部像素及步骤3.2所得结果与预设模型进行匹配，与模型相符的像素作为特征点；步骤3.4、对所得特征点进行分析，获得手掌长度和宽度尺度信息，及手指指向、指间夹角和手掌倾斜角位姿信息；步骤3.5、输出手部位姿，结束。进一步地，所述步骤4具体为：步骤4.1、读取检测及位姿提取结果；步骤4.2、由检测结果得到手势控制命令类别，由位姿提取结果得到手势控制命令参数；步骤4.3、得到手势控制命令，结束。本专利技术的有益效果：1、本专利技术所述的空间手势控制装置采用单目摄像头采集用户手部图像；2、本专利技术所述的空间手势控制装置采用嵌入式平台搭建；3、本专利技术所述的空间手势控制装置不仅能够检测手部形状，还可以提取手部位姿；4、手势识别准确，操作流畅；模块体积小，集成度高，模块化程度高；成本低；易于搭建及维护；5、可单独作为设备中控使用，也可嵌入总体系统，适用范围广。附图说明图1为本专利技术所述基于机器视觉的空间手势控制装置总体框图；图2为本专利技术所述基于机器视觉的空间手势控制装置工作流程图；图3为空间手势识别流程图；图4为手部检测流程图；图5为手部位姿提取流程图；图6为空间手势分析流程图；图7为空间手势控制装置硬件结构示意图；图8为摄像头视场划分示意图；图9为天车控制系统硬件结构示意图；图10为体感游戏控制器示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，本专利技术提出一种基于机器视觉的空间手势控制装置，所述装置可以检测及识别用户手部形态、运动轨迹以及姿态信息；所述装置包括主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块；所述主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块集成一体模块化，所述控制装置基于嵌入式平台搭建，所述主控模块与数据处理模块共用所述控制装置主板上的主控芯片，所述通信模块集成于所述主板上；所述装置主板由单片机及其外围电路组成；所述主控模块控制其他各模块的运行，并实时监控其运行状态；数据获取模块通过单目摄像头捕获用户手部图像，并传入数据处理模块；所述数据处理模块分析得到控制命令，并传至通信模块，所述通信模块向受控设备发送控制命令；所述空间手势控制装置能够单独作为设备中控使用或嵌入系统中使用。结合图2，所述空间手势控制装置工作流程具体为：步骤a、装置开启后，进行初始化；步骤b、初始化与装置相连的受控设备；步骤c、采集用户的空间手势；步骤d、识别及分析用户手势；步骤e、向受控设备发送手势指令；步骤f、重复执行步骤c至步骤e直至装置关闭。所述主控模块是空间手势控制装置总体的处理与控制中心。功能上，主控模块初始化其他各个模块以及与主控芯片连接的各个外设，运行过程中控制各个模块正常运行，并实时监控其状态，当出现运行错误时及时发出异常警告。硬件上，主控模块与数据处理模块共用主控芯片。所述数据获取模块利用单目摄像头捕获用户手部图像。该模块具备常见的成像调节功能，如分辨率、焦距、曝光、对比度、亮度、饱和度、Gamma、增益、清晰度、缩放、旋转等属性的调节。该模块还具备主动补光功能，以提高低照度环境下的适用性。当环境光照明良好时，补光灯关闭；环境光较弱时，补光灯自动开启。硬件上，该模块可直接集成于空间手势控制装置主板上，也可通过USB数据线连接至主板。结合图3，所述数据处理模块用于分析处理捕获到的手部图像并识别对应的空间手势，所述空间手势识别流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的空间手势控制装置，其特征在于：包括主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块；所述主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块集成一体模块化，所述控制装置基于嵌入式平台搭建，所述主控模块与数据处理模块共用所述控制装置主板上的主控芯片，所述通信模块集成于所述主板上；所述主控模块控制其他各模块的运行，并实时监控其运行状态；数据获取模块通过单目摄像头捕获用户手部图像，并传入数据处理模块；所述数据处理模块分析得到控制命令，并传至通信模块，所述通信模块向受控设备发送控制命令；所述数据处理模块用于分析处理捕获到的手部图像并识别对应的空间手势，所述空间手势识别流程具体为：步骤1、由数据获取模块输入手部图像；步骤2、在手部图像中检测用户手部；步骤3、提取手部位姿；步骤4、根据手部检测结果和位姿提取结果分析得到用户手势控制命令；步骤5、输出手势控制命令，识别结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的空间手势控制装置，其特征在于：包括主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块；所述主控模块、数据获取模块、数据处理模块和通信模块集成一体模块化，所述控制装置基于嵌入式平台搭建，所述主控模块与数据处理模块共用所述控制装置主板上的主控芯片，所述通信模块集成于所述主板上；所述主控模块控制其他各模块的运行，并实时监控其运行状态；数据获取模块通过单目摄像头捕获用户手部图像，并传入数据处理模块；所述数据处理模块分析得到控制命令，并传至通信模块，所述通信模块向受控设备发送控制命令；所述数据处理模块用于分析处理捕获到的手部图像并识别对应的空间手势，所述空间手势识别流程具体为：步骤1、由数据获取模块输入手部图像；步骤2、在手部图像中检测用户手部；步骤3、提取手部位姿；步骤4、根据手部检测结果和位姿提取结果分析得到用户手势控制命令；步骤5、输出手势控制命令，识别结束。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据获取模块直接集成于空间手势控制装置的主板上，或通过USB数据线连接至主板。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜国铭，孙晅，冯大志，
申请(专利权)人：哈尔滨拓博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23