[發(fā)明專利]一種基于模式識別的視覺投影交互系統(tǒng)及交互方法

在審

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• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106991417A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 謝巍;何伶珍;張浪文;李博
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;G06K9/46;G06K9/62;G06F3/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司44245
• 代理人: 王東東

技術領域

本發(fā)明涉及計算機視覺和模式識別領域，具體涉及一種基于模式識別的視覺投影交互系統(tǒng)及交互方法。

背景技術

交互是增強現(xiàn)實技術將虛擬的物體與現(xiàn)實場景結合，能夠讓用戶與虛擬環(huán)境進行交互。它讓用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，并為其營造出一種全新的動感交互式體驗。而視覺投影交互系統(tǒng)是增強現(xiàn)實的一個重要應用，它是依靠先進的計算機視覺技術和投影顯示技術，創(chuàng)造出一種具有真實感的交互模式。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點與不足，本發(fā)明首要的目的是提供一種基于模式識別的視覺投影交互系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于模式識別的視覺投影交互方法。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于模式識別的視覺投影交互系統(tǒng)，包括投影儀、攝像頭、紅外管、紅外濾光片及PC機；

所述攝像頭固定在支架上，支架垂直固定在水平地面上，所述攝像頭與PC機連接，紅外管安裝在支架的底部，紅外濾光片安裝在攝像頭鏡頭后部，所述投影儀安裝在支架的后側，高于攝像頭且與PC機連接，并且使PC機的顯示畫面投影在使用者和攝像頭之間形成投影區(qū)域。

所述紅外管具體為一字線型紅外管。

一種視覺投影交互系統(tǒng)的交互方法，包括如下步驟：

S1對攝像頭進行畸變校正，打開紅外管，照射投影區(qū)域；

S2攝像頭采集在投影區(qū)域用戶的腳部圖像，對圖像進行預處理提取二值化圖的高亮連通域；

S3在高亮連通域中捕捉使用者的腳部目標光斑；

S4采用兩級分類器對目標光斑進行分類，具體為：

一級分類器求得腳部目標光斑的三個參數(shù)并濾波，得到粗略目標光斑，所述三個參數(shù)分別為：目標光斑圓形度、目標光斑面積周長比及目標光斑的面積；

二級分類器首先提取粗略目標光斑的模板特征參數(shù)，然后對其進行學習形成樣本特征數(shù)據(jù)庫，最后使用最小錯誤率貝葉斯判別計算待測樣本的貝葉斯概率，得到精確目標光斑；

S5計算精確目標光斑下半部的幾何中心作為目標中心點，采用基于線性插值法的坐標映射方法，將目標光斑的坐標映射到PC機的鼠標坐標，進一步控制鼠標的動作。

所述三個參數(shù)分別為：目標光斑圓形度、目標光斑面積周長比及目標光斑的面積，具體計算為：

目標光斑圓形度的計算方法如下：

R₁≤R≤R₂

其中，R為圓形度，B_i為光斑區(qū)域周長，A_i為光斑區(qū)域的面積，R₁為0.4，R₂為0.8；

目標光斑面積：

S₁≤S≤S₂

其中，S₁和S₂為光斑面積的上下邊界值

面積周長比：

A_i表示光斑的面積，B_i表示光斑的周長，Rate_min為面積周長比最小值。

所述二級分類器首先對粗略目標光斑進行模板特征參數(shù)提取，具體為：

求得粗略目標光斑的區(qū)域的最小外接矩形；

將該最小外接矩形的長和寬等分成N等分，構成N×N個小區(qū)域，所述N為自然數(shù)；

計算每個小區(qū)域中高亮點的占比，并將比值作為該小區(qū)域的特征值：

其中，R_i為每個小區(qū)域的特征值，S_w為白像素點個數(shù)，S_all為小區(qū)域的像素點總數(shù)。

所述計算精確目標光斑下半部的幾何中心作為目標中心點，具體為：選取光斑區(qū)域下半部N個高亮像素點的平均中心，并使平均中心在圖像縱坐標方向上疊加一個偏移量，以此來代表幾何中心即目標中心點。

所述S4中提取粗略目標光斑的模板特征參數(shù)，具體為：

首先找到該光斑的最小外接矩形，其次將最小外接矩形的長和寬等分成N等分，構成N×N個小區(qū)域，最后計算每個小區(qū)域中高亮點的占比，并將該比值作為該小區(qū)域的特征值。

使用最小錯誤率貝葉斯判別計算待測樣本的貝葉斯概率，得到精確目標光斑，具體為：計算待測樣本在樣本特征數(shù)據(jù)庫的貝葉斯后驗概率，比較待測樣本在樣本特征數(shù)據(jù)庫的后驗概率大小，則后延概率最大為待測樣本的分類結果。

所述將目標光斑的坐標映射到PC機的活動區(qū)域的鼠標坐標，具體采用線性插值法：