基于計(jì)算機(jī)視覺的手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)

劉宇

北京郵電大學(xué)

基于計(jì)算機(jī)視覺的手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)

劉宇

北京郵電大學(xué)

手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，為廣大社會(huì)成員日常的工作、學(xué)習(xí)以及生活帶來了極大的便利。手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理手段輔助下產(chǎn)生的一種全新的信息處理技能。本文將手勢(shì)識(shí)別技術(shù)作為主要研究課題，在簡(jiǎn)單介紹手勢(shì)識(shí)別技術(shù)基本發(fā)展近況的基礎(chǔ)之上，將手勢(shì)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的主要工作流程、方法以及其在未來研發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)等，做出了詳盡的介紹。

計(jì)算機(jī)視覺；手勢(shì)識(shí)別；技術(shù)

前言

進(jìn)入到二十一世紀(jì)過后，在世界范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)不斷飛速發(fā)展的前提下，國際范圍內(nèi)各主要經(jīng)濟(jì)大國之間智能圖像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用水準(zhǔn)，也獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。當(dāng)今社會(huì)廣泛流行的圖像系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)手段的應(yīng)用方式，也是在傳統(tǒng)人類仿生模擬神經(jīng)元技術(shù)研發(fā)設(shè)想的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步完善和發(fā)展得來的。

一、圖像智能識(shí)別技術(shù)手段的發(fā)展近況

（一）智能識(shí)別技術(shù)手段的發(fā)展近況

國內(nèi)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員董麗君與元森等人，在結(jié)合國內(nèi)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，對(duì)美國圖像識(shí)別技術(shù)的方案應(yīng)用形式，做出了進(jìn)一步的改善。并將改革過后的圖像識(shí)別技術(shù)，廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)以及汽車工業(yè)制作的生產(chǎn)領(lǐng)域之中。二十一世紀(jì)初期，國際著名計(jì)算機(jī)技術(shù)研究人士威廉等人聯(lián)合推出了向量機(jī)械設(shè)備學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的研究設(shè)想。縱觀智能識(shí)別技術(shù)手段的發(fā)展歷程，向量機(jī)械設(shè)備研究理論的提出不僅是圖像識(shí)別統(tǒng)計(jì)理論中的一大壯舉，也是能夠幫助技術(shù)人員準(zhǔn)確核算圖像識(shí)別數(shù)據(jù)的最佳途徑之一[1]。

在目前國際范圍內(nèi)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的研發(fā)歷程之內(nèi)，普遍因受到各種主客觀方面因素的影響，存在各種較為凸顯的研發(fā)難點(diǎn)。首先，如果手勢(shì)識(shí)別的被動(dòng)方所處的光照環(huán)境受到嚴(yán)重的限制，其手部存在大量暗影、不能完全映照在識(shí)別設(shè)備指定的展示區(qū)域之內(nèi)。不僅相應(yīng)識(shí)別系統(tǒng)核算結(jié)果的精準(zhǔn)度會(huì)受到嚴(yán)重的影響，而且手勢(shì)識(shí)別與手勢(shì)所處背景的分割效率也會(huì)出現(xiàn)不同程度的誤差。其次，作為圖像識(shí)別技術(shù)的主要對(duì)象人手，同時(shí)有手指、手背等多個(gè)不同的關(guān)節(jié)部分共同組成。在手腕與手掌的關(guān)節(jié)連接處，存在大量需要識(shí)別程序及時(shí)分割的信息內(nèi)容。如何提升這一信息識(shí)別環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)度，也是需要技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注的研究課題。

（二）系統(tǒng)處理案例的研究與分析

為更好的檢測(cè)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的精準(zhǔn)度及其能夠?yàn)槿祟惿a(chǎn)生活帶來的便利，筆者通過列舉正方形、圓形、三角形等經(jīng)典的圖像識(shí)別對(duì)象作為研究案例。在整個(gè)案例探究的過程之中，搜集相應(yīng)的識(shí)別對(duì)象、設(shè)定不同識(shí)別對(duì)象存儲(chǔ)方式之間的轉(zhuǎn)換、電子識(shí)別對(duì)象的過濾與分割，以及相應(yīng)學(xué)閉運(yùn)算模型的融入等等，都是案例分析需要?dú)v經(jīng)的主要研究流程，如圖1。為更好的保障相應(yīng)圖像識(shí)別程序的實(shí)際運(yùn)行效率，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在案例研究的環(huán)節(jié)內(nèi)，將原本PDF存儲(chǔ)方式的識(shí)別對(duì)象，及時(shí)轉(zhuǎn)換成HSV的存儲(chǔ)格式。在及時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)格式轉(zhuǎn)換過后的圖像識(shí)別對(duì)象，其實(shí)際識(shí)別環(huán)節(jié)內(nèi)的成像清晰度也將得到更好的保障。

二、基于計(jì)算機(jī)視覺的手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)

（一）手勢(shì)測(cè)試與識(shí)別的主要流程

首先，技術(shù)人員需要通過調(diào)取動(dòng)態(tài)手勢(shì)識(shí)別，將手勢(shì)運(yùn)動(dòng)成百上千個(gè)動(dòng)態(tài)畫面進(jìn)行分析處理。為更好的去除動(dòng)態(tài)畫面分析對(duì)象當(dāng)中存在的多余的信息識(shí)別內(nèi)容，技術(shù)人員可以通過應(yīng)用平面滑動(dòng)或者濾波處理的技術(shù)模式，更好的提升指定手勢(shì)識(shí)別對(duì)象的圖像清晰度。在圖像手勢(shì)識(shí)別與檢測(cè)的研發(fā)領(lǐng)域之內(nèi)，部分技術(shù)工作人員也將這一初期的工作流程，稱為是手勢(shì)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的圖像預(yù)處理的工作環(huán)節(jié)。其次是手勢(shì)識(shí)別區(qū)域與手勢(shì)識(shí)別背景的分割與檢測(cè)，通過實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別對(duì)象與識(shí)別背景之間的區(qū)域分離，精準(zhǔn)劃分手勢(shì)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際工作區(qū)域，為最后收拾識(shí)別檢測(cè)數(shù)據(jù)的獲取提供強(qiáng)有力的前提基礎(chǔ)。最后在收拾識(shí)別的技術(shù)檢測(cè)環(huán)節(jié)內(nèi)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在設(shè)定系統(tǒng)編程模式之前，首先對(duì)指定手勢(shì)識(shí)別對(duì)象靜態(tài)畫面中存在的肢體特征進(jìn)行深入的分析。各種手勢(shì)識(shí)別對(duì)象以及檢測(cè)結(jié)果的記錄總結(jié)，均需要設(shè)定嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)的工作流程規(guī)范，以便更好的保障新型識(shí)別技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)的管理秩序，各個(gè)環(huán)節(jié)工作時(shí)間的分布，如表1。

表1 手勢(shì)識(shí)別流程時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)

（二）區(qū)域分離的主要方法

在通常情況下，目前技術(shù)人員在系統(tǒng)編程中，通過應(yīng)用最小二乘法的模擬計(jì)算模式識(shí)別圓形的圖像識(shí)別對(duì)象。通過應(yīng)用最小核心的擬合算法，提升對(duì)矩形圖像識(shí)別的精準(zhǔn)度。但無論是應(yīng)用哪一種圖像識(shí)別的編程核算流程，只有技術(shù)操作人員能夠首先精準(zhǔn)測(cè)量指定識(shí)別對(duì)象的形心位置，才能在最終得到準(zhǔn)確無誤的識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定識(shí)別區(qū)域的位置分離。人手是富有彈性的圖像識(shí)別對(duì)象，與傳統(tǒng)矩形、圓形等經(jīng)典圖像的識(shí)別對(duì)象相比具有更高的識(shí)別難度。如何在每次手勢(shì)重復(fù)出現(xiàn)小型誤差的前提條件下，仍舊能夠保障相應(yīng)識(shí)別檢測(cè)結(jié)果的一致性，一直是需要技術(shù)人員重點(diǎn)攻克的難點(diǎn)。只有將兩種不同分離方式相互結(jié)合，才能更好的保障圖像識(shí)別結(jié)果的精準(zhǔn)度[2]。

（三）手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別的主要方法

在目前國際手勢(shì)識(shí)別檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)階段內(nèi)，可供技術(shù)工作人員廣泛應(yīng)用的手勢(shì)識(shí)別方式，主要可以根據(jù)其識(shí)別信息輸入形式的不同，劃分為兩種較為經(jīng)典和基本的檢測(cè)類型。其一是基于數(shù)據(jù)手段硬件輔助設(shè)備而運(yùn)行的手勢(shì)信息輸入識(shí)別方法，其二是基于視覺檢測(cè)前提的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別信息輸入的檢測(cè)方法。

在利用手套硬件輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)的手勢(shì)信息輸入方式的應(yīng)用，是通過應(yīng)用手勢(shì)空間軌跡運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)編程方式得以實(shí)現(xiàn)的。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)識(shí)別的系統(tǒng)構(gòu)架模式，新型手套手勢(shì)識(shí)別信息的輸入，能夠在第一時(shí)間獲取并記錄指定手勢(shì)識(shí)別對(duì)象，在三維空間的識(shí)別區(qū)域內(nèi)做出的動(dòng)作指示信息。無論是在識(shí)別檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度方面、還是在手勢(shì)信息輸入的識(shí)別速度、或者相應(yīng)信息安全保障的可靠性方面，都較傳統(tǒng)識(shí)別方式相比得到了不同水平的提升。但由于手套識(shí)別技術(shù)需要指定被識(shí)別對(duì)象做出多種不同存在形式的手勢(shì)識(shí)別信息，相應(yīng)輸入設(shè)備在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)環(huán)境中的銷售價(jià)格過于昂貴。這一固有的應(yīng)用弊端，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)受到信息輸入與識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用并沒有得到大面積的推廣[3]。

基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用而產(chǎn)生的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，是目前備受社會(huì)關(guān)注的視覺檢測(cè)技術(shù)手段。相比以往手套信息輸入與識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，基于計(jì)算機(jī)新型手勢(shì)識(shí)別方法的研發(fā)，是圖像識(shí)別技術(shù)研發(fā)歷史上的一大創(chuàng)新和優(yōu)化。通過結(jié)合應(yīng)用攝像頭的圖像錄入設(shè)備，將指定手勢(shì)識(shí)別對(duì)象的動(dòng)態(tài)影像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)識(shí)別程序之內(nèi)。圖像識(shí)別系統(tǒng)能夠根據(jù)技術(shù)人員預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序，對(duì)指定的手勢(shì)視頻進(jìn)行信息掃描處理。在相應(yīng)動(dòng)態(tài)視頻資料之中，有效分割手勢(shì)識(shí)別的主體對(duì)象、手勢(shì)識(shí)別的動(dòng)態(tài)背景以及相應(yīng)手勢(shì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際流轉(zhuǎn)軌跡。在結(jié)合動(dòng)態(tài)視頻各項(xiàng)基本參數(shù)信息的前提下，總結(jié)記錄指定的識(shí)別測(cè)評(píng)結(jié)果。這種動(dòng)態(tài)識(shí)別的技術(shù)處理手段，能夠結(jié)合手勢(shì)動(dòng)作的肢體變化特征，生成更加精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)信息描述。在計(jì)算機(jī)程序編設(shè)技術(shù)的幫助下，手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用無需購買昂貴的輔助設(shè)備，不僅能夠幫助相應(yīng)企業(yè)減輕技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)支出壓力，還能為指定識(shí)別檢測(cè)技術(shù)的大面積推廣，奠下堅(jiān)實(shí)有力的前提基礎(chǔ)。

三、手勢(shì)檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在未來電子圖像識(shí)別以及手勢(shì)信息識(shí)別技術(shù)研發(fā)工作的發(fā)展進(jìn)程之中，隨著國際范圍內(nèi)各個(gè)國家在計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面的研發(fā)深入不斷強(qiáng)化，指定圖像識(shí)別信息檢測(cè)的精準(zhǔn)度也將得到不同程度的提升。各種全新的硬件輔助設(shè)備的生產(chǎn)，將把手勢(shì)識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)推向一個(gè)嶄新的研發(fā)高度之上。有部分專業(yè)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的工作人員，在結(jié)合目前手勢(shì)識(shí)別技術(shù)發(fā)展近況的基礎(chǔ)之上，深入調(diào)查當(dāng)下識(shí)別技術(shù)消費(fèi)市場(chǎng)的實(shí)際需求取向，對(duì)未來手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的研發(fā)方向開展的詳盡的預(yù)測(cè)。專業(yè)人士指出，為更好的滿足廣發(fā)消費(fèi)群體對(duì)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)便捷化應(yīng)用的市場(chǎng)需求，一次性識(shí)別成功的技術(shù)研發(fā)，將成為手勢(shì)識(shí)別技術(shù)研發(fā)的終極目標(biāo)。通過實(shí)現(xiàn)對(duì)識(shí)別流程的簡(jiǎn)化，推動(dòng)整個(gè)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)向更加智能化以及人性化的方向不斷發(fā)展[4]。

在此基礎(chǔ)之上，為使手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用能夠更好的滿足消費(fèi)市場(chǎng)的實(shí)際需求，能夠保障指定識(shí)別技術(shù)的研發(fā)能夠準(zhǔn)確依附消費(fèi)群體的需求變化趨勢(shì)。在未來技術(shù)研發(fā)與推廣的實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)，各手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的推廣企業(yè)將構(gòu)建以消費(fèi)對(duì)象為主體的技術(shù)識(shí)別體驗(yàn)中心。通過模擬體驗(yàn)中心的構(gòu)建，消費(fèi)者能夠在不用支付經(jīng)濟(jì)成本的前提下，基礎(chǔ)并體會(huì)到人機(jī)交流的信息傳遞模式。在體驗(yàn)中心專業(yè)工作人員技術(shù)指導(dǎo)的幫助之下，消費(fèi)者對(duì)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用將更加自然?；谑謩?shì)識(shí)別技術(shù)的研發(fā)同時(shí)覆蓋了智能技術(shù)研發(fā)、心理學(xué)研究、動(dòng)畫繪制以及影視制作傳輸，等人類社會(huì)多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域各不相同的技術(shù)范圍。技術(shù)體驗(yàn)中心的構(gòu)建，還能有效彌補(bǔ)在傳統(tǒng)人機(jī)交互模式中存在的欠缺與不足，手勢(shì)識(shí)別檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)的交叉性構(gòu)架特征將得到更深一步的凸顯。通過轉(zhuǎn)換手勢(shì)識(shí)別技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，能夠使之更加貼合廣大社會(huì)消費(fèi)群體的生活實(shí)際，無論是何種消費(fèi)檔次以及生活層面上的社會(huì)成員，都將能夠享受到手勢(shì)圖像智能識(shí)別檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用為其帶來的便利。

結(jié)論

新型手勢(shì)識(shí)別檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，其實(shí)際的靈感來源于人類行為方式以及邏輯思維方法的模擬。手勢(shì)識(shí)別檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)人機(jī)信息交流方式處理與應(yīng)用的完善與革新。鑒于國內(nèi)計(jì)算機(jī)手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的時(shí)間尚短，大部分技術(shù)人員沒能累積足夠的工作經(jīng)驗(yàn)。在未來同領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)歷程之內(nèi)，在計(jì)算機(jī)處理手段的幫助下，手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用也將受到更多人的認(rèn)可。

[1]李思岑,王平,張鵬,等.基于Kinect深度圖像信息的手勢(shì)跟蹤與識(shí)別[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2015,06：53-55.

[2]李姝蓉,黃元元,胡作進(jìn),等.非特定人群動(dòng)態(tài)手語視頻中的關(guān)鍵幀檢測(cè)算法[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2015,07：1597-1601.

[3]黃曉林,董洪偉.基于深度信息的實(shí)時(shí)手勢(shì)識(shí)別和虛擬書寫系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2015,15：167-173.

[4]劉淑萍,劉羽,於俊,等.結(jié)合手指檢測(cè)和HOG特征的分層靜態(tài)手勢(shì)識(shí)別[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào),2015,06：781-788.