一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種視覺運(yùn)動(dòng) 跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍵盤、鼠標(biāo)、手寫板、觸摸板和觸摸屏等常見的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備大多已成為計(jì)算機(jī) 的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)或常用外設(shè)，目前人們?cè)趹?yīng)用計(jì)算機(jī)的同時(shí)，也不得不同時(shí)接受這些設(shè)備各自 的不足。
[0003]總結(jié)這些常用的計(jì)算機(jī)的輸入裝置的特性，它們有如下一些不足之處： 鍵盤：它常需要和鼠標(biāo)結(jié)合使用，通過鍵盤很難快速將光標(biāo)移到屏幕上的任意位置，也 很難用鍵盤進(jìn)行繪圖等連續(xù)性操作。鍵盤源于西方，有利于拼音文字字母和數(shù)字符號(hào)的輸 入，和有限幾個(gè)的功能鍵結(jié)合可實(shí)現(xiàn)一些復(fù)合操作。對(duì)于輸入漢字等象形文字，從根本上存 在較大障礙?，F(xiàn)存的多種通過鍵盤輸入漢字的輸入法，一方面因多鍵操作影響輸入效率，另 一方面需要死記輸入規(guī)則。對(duì)于漢字等象形文字的輸入，鍵盤不能直觀方便。鍵盤還要經(jīng) 常保持清潔、維護(hù)。
[0004] 鼠標(biāo)：鼠標(biāo)的移動(dòng)是線形的不間斷的移動(dòng)。如果要將屏幕上鼠標(biāo)從一點(diǎn)移動(dòng)到目 標(biāo)出，需要使用者的手、眼在此期間始終與鼠標(biāo)保持接觸(有時(shí)還要左、右鍵或滾輪同時(shí)參 與)，不僅占用了使用者較多的時(shí)間，同時(shí)需呀使用者保持對(duì)鼠標(biāo)的注意力，限制了手的運(yùn) 動(dòng)自由和使用方式。鼠標(biāo)還要經(jīng)常保持清潔、維護(hù)。
[0005] 觸摸板：現(xiàn)有觸摸板的功能是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾動(dòng)式鼠標(biāo)、點(diǎn)狀或柱狀鼠標(biāo)起作用的， 它也有前述傳統(tǒng)鼠標(biāo)的移動(dòng)低效率、限制使用者手部運(yùn)動(dòng)自由、較多耗費(fèi)使用者注意力等 缺陷。另外，它只采集了使用者手部的極少信息，不能解讀使用者手部的多種動(dòng)作，且阻止 操作者視線。只能單點(diǎn)識(shí)別，不能多點(diǎn)識(shí)別。
[0006]手寫板：不具備鍵盤在輸入規(guī)定符號(hào)、字母、數(shù)字時(shí)的快捷和直觀性。手寫板也只 能接受單點(diǎn)信息，一次輸入的是平面上的單個(gè)點(diǎn)或單線條，而不反映同時(shí)觸及它上面的不 連續(xù)的多個(gè)位置的信息。所接收或反映的使用者的信息量少，使用者手部的大量信息沒有 得到利用，人機(jī)交流水平受到限制。同時(shí)還有文字輸入識(shí)別率的問題。
[0007] 觸摸屏：使用者在觸摸屏上用手指點(diǎn)時(shí)，其手會(huì)遮擋觸摸屏，阻擋操作者視線。在 觸摸屏上指點(diǎn)，使用者必須首先抬起上臂，長(zhǎng)時(shí)間抬動(dòng)手臂也會(huì)導(dǎo)致疲勞。該設(shè)備只能擺放 在少數(shù)公共場(chǎng)所作為輔助服務(wù)設(shè)備使用，它也只能接受單點(diǎn)信息。
[0008]非專利文獻(xiàn)（"OnlineCharacterSegmentationMethodforUnconstrained HandwritingStringsUsingoff-strokeFeatures"（Source:HitachiLtd.inthe TenthInternationalWorkshoponFrontiersinHandwritingRecognition,La Baule,France, 2006))披露了一種手寫識(shí)別方法，它涉及了切分方式（segmentedpattern) 的物理特征（'無筆畫（off-stroke)'特征)來識(shí)別無框手寫輸入的字符序列。在該方法中， '無筆畫'信息可以從前一筆畫的最后一個(gè)采樣點(diǎn)到后一筆畫的第一采樣點(diǎn)來獲得。該物理 信息還包括諸如切分方式的高度/寬度和相應(yīng)切分方式的手寫時(shí)間等信息。該方法中，物 理信息包括切分方式的形狀特征、位置特征和間隙特征；筆畫的長(zhǎng)度；無筆畫的平均距離； 無筆畫的平均時(shí)間；無筆畫的距離；無筆畫的角度的正弦和余弦值；無筆畫的間隔。該方法 主要針對(duì)書寫前一筆畫的結(jié)束點(diǎn)到書寫當(dāng)前筆畫的起點(diǎn)之間的'無筆畫'過程來進(jìn)行手寫 輸入識(shí)別的。
[0009] 該手寫識(shí)別方法假設(shè)，對(duì)于書寫的字符而言，即使在不同的字符之間發(fā)生了連筆 現(xiàn)象，字符之間的無筆畫距離和實(shí)踐間隔也要大于字符內(nèi)的筆畫之間的無筆畫距離和時(shí) 間，并且該方法假設(shè)每個(gè)筆畫分布滿足正態(tài)分布?；谏鲜龅募僭O(shè)，該手寫識(shí)別方法使用概 率模型，根據(jù)特征的均值和方差計(jì)算不同切分方式之間的相似度。最后，該方法使用動(dòng)態(tài)規(guī) 劃（DP)來確定最佳的切分路徑。
[0010] 上述非專利文獻(xiàn)1中存在的一個(gè)問題是對(duì)手寫字符序列的切分依賴于每個(gè)筆畫 的手寫時(shí)間。對(duì)該方法來說，無筆畫的時(shí)間間隔是非常重要的特征。該方法假設(shè)切分方式 之間的無筆畫的時(shí)間間隔越大，則切分的正確度越高。當(dāng)用戶以較為恒定的速度進(jìn)行書寫 時(shí)，這樣的假設(shè)是合理的。但是在使用過程中，用戶經(jīng)常以不同的速度，例如一會(huì)兒快一會(huì) 兒慢的速度進(jìn)行書寫。因此，如果用戶在書寫過程中改變書寫速度，則非專利文獻(xiàn)1所披露 的方法將難以準(zhǔn)確識(shí)別。
[0011] 上述非專利文獻(xiàn)1中存在的另一個(gè)問題是，僅僅使用了幾何特征和時(shí)間特征來確 定切分是否正確。該方法假設(shè)字符之間的無筆畫距離大于字符內(nèi)的筆畫之間的無筆畫距 離。但是這樣的假設(shè)并非總是正確的。非專利文獻(xiàn)1列出了一些切分錯(cuò)誤的典型示例。一 些字符之間的無筆畫距離小于字符內(nèi)的筆畫之間的無筆畫距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)提供一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔 空手寫系統(tǒng)。能夠?qū)τ脩舾艨帐謱懙淖址M(jìn)行識(shí)別，而與用戶的書寫速度的變化無關(guān)。
[0013] 所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，用于用戶對(duì)準(zhǔn)攝像頭隔空書寫字符， 其特征在于包括： 采集單元部分：通過PC設(shè)備自帶的攝像頭或外置攝像頭對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤以 米集目標(biāo)圖像； 數(shù)據(jù)處理部分：包括特征提取單元、圖像處理單元、軌跡識(shí)別單元，所述特征提取單元 為獲取并存儲(chǔ)該目標(biāo)的特征點(diǎn)，圖像處理單元為生成特征點(diǎn)的軌跡信息，軌跡識(shí)別單元為 處理并識(shí)別軌跡信息，即對(duì)特定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 后期處理部分：對(duì)手指尖運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行軌跡重建，再經(jīng)過圖像處理、渲染等方法，達(dá) 到用戶需要的結(jié)果。
[0014] 所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，其特征在于獲取特定目標(biāo)的特征點(diǎn)是 獲取目標(biāo)的重心。
[0015] 1所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，其特征在于生成特征點(diǎn)的軌跡信息 包括確定特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡內(nèi)的離散點(diǎn)，將空間離散點(diǎn)轉(zhuǎn)化為同一平面內(nèi)的點(diǎn)，再對(duì)離散點(diǎn) 進(jìn)行擬合，形成完整的軌跡信息。
[0016] 所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，其特征在于所述同一平面是與采集單 元部分中攝像頭所在平面間隔一定距離的面，這個(gè)平面相對(duì)于攝像頭所在平面，可以是傾 斜、錯(cuò)位的，甚至是變形的。
[0017] 所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，其特征在于所述離散點(diǎn)是多幅圖像中 特定目標(biāo)的特征點(diǎn)。
[0018] 所述的一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，其特征在于所述圖像處理部分包括： 離散模塊：確定特定目標(biāo)特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡內(nèi)的離散點(diǎn)； 轉(zhuǎn)化模塊：將空間離散點(diǎn)轉(zhuǎn)化為同一平面內(nèi)的點(diǎn)，即將多幅圖像中特定目標(biāo)的特征點(diǎn) 轉(zhuǎn)化為與采集單元部分中攝像頭所在平面間隔一定距離的面，這個(gè)平面相對(duì)于攝像頭所 在平面，可以是傾斜、錯(cuò)位的，甚至是變形的； 擬合模塊：對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行擬合，形成完整軌跡信息。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果： 1. 本發(fā)明是一種視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤的隔空手寫系統(tǒng)，將特定目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)攝像頭，利用攝像頭