[發(fā)明專利]一種基于頭部姿態(tài)的人機交互方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310385751.5
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103425970A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 陳喆;殷福亮;楊兵兵
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于頭部姿態(tài)的人機交互方法，屬于信號處理技術領域。

背景技術

隨著計算機技術的發(fā)展，其應用日益廣泛，已滲透到人們生活的各個方面。為了有效地操控與使用計算機，人機交互技術得到了快速發(fā)展，除了傳統(tǒng)的鼠標、鍵盤等人機交互方式外，語音、手勢等更自然的方式也開始逐漸得到應用。但是，語音、手勢在有些場合使用會有局限，例如，在播放音樂的汽車中，在噪聲較大的飛機中，語音識別性能較差；又例如，在高空作業(yè)等情況下，難以應用手勢。此外，對于語言障礙患者或手臂殘障人士，語音或手勢也無法應用。因此，近年來，基于頭部姿態(tài)與眼球位置的人機交互技術得到了高度重視。頭與眼睛是人體中相對穩(wěn)定的器官，受外界影響較小，基于頭部姿態(tài)與眼球位置的人機交互技術具有廣闊的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于頭部姿態(tài)的人機交互方法。

本發(fā)明采取的技術方案：

一種基于頭部姿態(tài)的人機交互方法包括如下步驟：

首先：利用預處理方法來處理視頻采集圖像的偏色問題；

其次：利用膚色模型進行人臉檢測與定位；

第三：利用人臉區(qū)域中眉毛和眼睛灰度梯度變化大的特點，來完成眉毛與眼睛區(qū)域的定位；

第四：利用Hough圓檢測方法檢測瞳孔位置；

第五：根據(jù)瞳孔灰度較大的特點，利用求質心的方法進行瞳孔精確定位；

第六：利用人眼定位的結果來完成五種頭部姿態(tài)判斷；

第七：將頭部姿態(tài)判斷結果用于人機交互。

本發(fā)明原理及有益效果：本發(fā)明針對現(xiàn)有頭部姿態(tài)識別方法的準確率不高以及利用眼睛控制鼠標可靠性較差的問題，提出了一種用人眼定位結果來識別頭部姿態(tài)，并利用頭部姿態(tài)進行人機交互(如模擬鼠標等)的方法，從而可明顯改善頭部姿態(tài)識別率，有效提高人機交互(如模擬鼠標)的可靠性。

附圖說明

圖1本發(fā)明技術方案的功能框圖。

圖2(a)待處理的目標圖像。

圖2(b)處理使用的結構元素。

圖2(c)起始點示意圖。

圖2(d)待處理的目標圖像區(qū)域填充處理的結果。

圖3積分圖的原理。

圖4圖像的灰度表。

圖5(a)數(shù)字圖像的原始空間。

圖5(b)由半徑為R、圓心為(X,Y)所組成的參數(shù)空間。

圖6(a)裁剪的眼睛區(qū)域。

圖6(b)二值化后圖像。

圖6(c)去噪后圖像。

圖6(d)區(qū)域生長后的圖像。

圖6(e)瞳孔質心點標注圖。

圖7(a)有胡須干擾的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(b)有胡須、頭發(fā)干擾的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(c)有頭發(fā)干擾的女性圖像人眼定位結果示例。

圖7(d)無頭發(fā)干擾的女性圖像人眼定位結果示例。

圖7(e)頭部有傾斜的女性圖像人眼定位結果示例。

圖7(f)頭部有傾斜的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(g)正臉男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(h)頭部有傾斜的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(i)有復雜背景的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(j)頭部有傾斜、長頭發(fā)的女性圖像人眼定位結果示例。

圖7(k)頭部、眼部均向上的男性圖像人眼定位結果示例。

圖7(l)頭部、眼部均向下的男性圖像的人眼定位結果示例。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明：

本發(fā)明整體上分為六個模塊，如圖1所示。首先：利用預處理方法來處理視頻采集圖像的偏色問題；其次：利用膚色模型進行人臉檢測與定位；第三：利用人臉區(qū)域中眉毛和眼睛灰度梯度變化大的特點，來完成眉毛與眼睛區(qū)域的定位；第四：利用Hough圓檢測方法檢測瞳孔位置；第五：根據(jù)瞳孔灰度較大的特點，利用求質心的方法進行瞳孔精確定位。第六：利用人眼定位的結果來完成五種頭部姿態(tài)判斷；第七：將頭部姿態(tài)判斷結果用于人機交互。在該方案中，使用膚色模型定位人臉是因為膚色模型計算量小，檢測速度快；利用眉毛和眼睛灰度梯度變化大的特點來定位眉毛與眼睛區(qū)域，能夠克服毛發(fā)、傾斜等問題，進而提高眉眼區(qū)域的定位精度；利用眼睛定位結果，能夠提高頭部姿態(tài)識別的精確度。

下面對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。