一種用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法
【專利摘要】本發明一種適用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法。這種用于幼兒教育的手勢識別的裝置由PC機、攝像頭和一塊特制的觸摸板及其高度可調節支架組成。這塊特指的觸摸板可以使一塊透明的硬塑料板，置于攝像頭前不遠處的支架上面，和攝像頭、PC機不連接，不要設置太高（小孩子使用），在觸摸板上刻有該方法中使用的多方向坐標系，在原點和以某長度為半徑所畫圓和方向軸的交點處課上手掌的形狀。我們一般把坐標系建成8方向坐標系，上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表標號為1、2、3、4、5、6、7、8。與現有技術相比，其裝置簡單，適用性高，而作為與之配套的方法，運算速度快、識別效率高，操作具有一定的規范方法，速度快。
【專利說明】—種用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明是涉及計算機領域，具體地說是涉及一種用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]目前，計算機在現代社會影響的迅速擴大，輸入方式變得越來越簡潔、越人性化，人們不斷對人機交互的水平和質量提出新的要求和挑戰，很多地方都在逐漸的代替以前的鼠標和鍵盤輸入，采用例如語音輸入、在線手寫輸入、手勢輸入等方式，這符合多模式人機接口技術研究的目標，使得用戶可以方便、自然地使用子類所熟知的方式使用計算機。
[0003]由于手勢具有直觀性、自然性的特點，手勢已經成為人機信息交互的一種重要手段。相比于之前提出的數據手套、標記手勢、自然手等，基于視覺的動態手勢識別系統是當前科學發展的熱點之一，國內外的很多學者都投入極大的熱情進行相關的方向的研究，同時，基于視覺的動態手勢識別系統也是目前和未來手勢識別系統的主要發展趨勢。例如清華大學給出的一種基于視覺的動態孤立手勢識別技術，后來又提出動態時空規整算法用于手勢識別，對12種手勢，平均識別率高達97%。
[0004]手勢識別是及語音識別之后人機交互領域的一大研究熱點，在人機交互中應用前景廣泛，但是也存在一些缺點。例如要識別鼠標光標動作，通常會采用點陣識別的方式。這種方式識別率較高，但由于涉及大量的識別算法，過程復雜，所識別反應遲鈍。而對于手勢識別，對軌跡識別精度要求不高，但對速度要求較高，因此就需要一種簡單而快速的識別方式。特別是在幼兒教育領域，不僅要做到簡單高速，還需要手勢識別裝置安全、方法設計獨至IJ，適合小朋友來操作。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是克服了現有技術中的不足，提供了一種用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法，該裝置簡單而緊湊，很適合小孩子操作，該方法運算速度快、識別效率高，能夠作為許多幼兒教育軟件的輸入方法選擇。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現:
這種用于幼兒教育的手勢識別的裝置由PC機、攝像頭和一塊特制的觸摸板及其高度可調節支架組成。這塊特制的觸摸板可以使一塊透明的硬塑料板，置于攝像頭前不遠處的支架上面，和攝像頭、PC機不連接，不要設置太高(小孩子使用)，在觸摸板上刻有該方法中使用的多方向坐標系，在原點和以某長度為半徑所畫圓和方向軸的交點處課上手掌的形狀。
[0007]這種與所述裝置配套的用于幼兒教育的手勢識別的方向，包括以下步驟:
(1)選擇一塊大小合適的觸摸板置于攝像頭前，正對攝像頭，將高度設置合適，記錄其上半徑長和坐標軸方向；
(2)在屏幕上，以當前光標位置為原點，建立多方向坐標系，該坐標軸和觸摸板坐標軸方向相同，長度按照同比例處理；
(3)結合觸摸板的半徑和方向，在手勢計算模塊中預先設定各坐標方向軸之間的誤差角度范圍，以及終點坐標和起點左邊之間的最小距離；
(4)將手放在觸摸板原點，攝像頭拍攝圖像，經過手勢分割和灰度處理，獲取當前手勢位置，并和屏幕上原點重合；然后沿某一方向軸移動手到圓周位置，記錄移動后的終點手勢位置；
(5)判斷兩點間的距離是否小于最小距離，若小于最小距離，則本次動作無效，終止識別；若大于或者等于最小距離，則再判斷誤差角度是否在設定的角度誤差范圍內，若否，則為無效結果，終止判斷；
(6)若有結果，則從拍攝的照片中，判斷出手勢移動的方向，計算出在坐標軸上移動的距離，得到光標需要移動的方向和坐標值，并輸出相應動作；
(7)—次動作識別完成。然后手離開觸摸板，放到原點，開始下一次動作識別，如此不斷循環。
[0008]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明提供了一種簡單快捷的用于幼兒教育的手勢輸入的裝置和方法，與現有技術相比，其裝置簡單，適用性高，特別針對小朋友配備的可調高觸摸板，它是一種模擬觸摸板的裝置，將手勢識別的不可控性變得可控起來。而作為與之配套的方法，運算速度快、識別效率高，操作具有一定的規范方法，速度快。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的手勢識別的方法操作流程圖 圖2是本發明的裝置觸摸板及其支架的示意圖
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
這種用于幼兒教育的手勢識別的裝置由PC機、攝像頭和一塊特制的觸摸板及其高度可調節支架組成。這塊特制的觸摸板可以使一塊透明的硬塑料板，置于攝像頭前不遠處的支架上面，和攝像頭、PC機不連接，不要設置太高(小孩子使用)，在觸摸板上刻有該方法中使用的多方向坐標系，在原點和以某長度為半徑所畫圓和方向軸的交點處課上手掌的形狀。我們一般把坐標系建成8方向坐標系，上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表標號為1、2、3、4、5、6、7、8。
[0011]本發明中涉及的未說明部分與現有技術相同或采用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法，包括裝置由PC機、攝像頭和一塊特制的觸摸板及其高度可調節支架組成，其特征是:所述觸摸板，這塊特制的觸摸板可以使一塊透明的硬塑料板，置于攝像頭前不遠處的支架上面，和攝像頭、PC機不連接，不要設置太高(小孩子使用)，在觸摸板上刻有該方法中使用的多方向坐標系，在原點和以某長度為半徑所畫圓和方向軸的交點處課上手掌的形狀；所述坐標系，我們一般把坐標系建成8方向坐標系,上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表標號為1、2、3、4、5、6、7、8。
2.根據權利要求1所述的用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法，其特征是:所述方法的步驟為:(I)選擇一塊大小合適的觸摸板置于攝像頭前，正對攝像頭，將高度設置合適，記錄其上半徑長和坐標軸方向；(2)在屏幕上，一當前光標位置為原點，建立多方向坐標系，該坐標軸和觸摸板坐標軸方向相同，長度按照同比例處理；(3)結合觸摸板的半徑和方向，在手勢計算模塊中預先設定各坐標方向軸之間的誤差角度范圍，以及終點坐標和起點左邊之間的最小距離；(4)將手放在觸摸板原點，攝像頭拍攝圖像，經過手勢分割和灰度處理，獲取當前手勢位置，并和屏幕上原點重合；然后沿某一方向軸移動手到圓周位置，記錄移動后的終點手勢位置；5)判斷兩點間的距離是否小于最小距離，若小于最小距離，則本次動作無效，終止識別；若大于或者等于最小距離，則再判斷誤差角度是否在設定的角度誤差范圍內，若否，則為無效結果，終止判斷；(6)若有結果，則從拍攝的照片中，判斷出手勢移動的方向，計算出在坐標軸上移動的距離，得到光標需要移動的方向和坐標值，并輸出相應動作；(7) —次動作識別完成，然后手離開觸摸板，放到原點，開始下一次動作識別，如此不斷循環。
3.根據權利要求1所述的用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法，其特征是:所述距離處理方法為:以當前光標位置為原點，建立多方向坐標系，該坐標軸和觸摸板坐標軸方向相同，長度按照同比例b處理(例如假設光標之間的距離為C，現在光標到下一目標光標位置的距離為3cm，方向為向右，而觸摸板中點距離左邊手型圖案是27cm，那么a=27cm，b=c/a=l/9，這樣就建立了手勢距離和光變距離之間的關系)；所述結果，從拍攝的照片中，判斷出手勢移動的方向，計算出在坐標軸上移動的距離，得到光標需要移動的方向和坐標值，并輸出相應動作。
4.根據權利要求1所述的用于幼兒教育的手勢識別的裝置和方法，其特征是:所述做提前設定時，結合觸摸板的半徑和方向，在手勢計算模塊中預先設定各坐標方向軸之間的誤差角度范圍，以及終點坐標和起點左邊之間的最小距離；所述操作時做判斷，方式為將手放在觸摸板原點，攝像頭拍攝圖像，經過手勢分割和灰度處理，獲取當前手勢位置，并和屏幕上原點重合；然后沿某一方向軸移動手到圓周位置，記錄移動后的終點手勢位置；這一過程中，得到經過照片分析得到的手勢移動距離a’，判斷a’和a的大小關系。
【文檔編號】G09B19/00GK103713776SQ201210376723
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月6日 優先權日:2012年10月6日
【發明者】高蓉 申請人:南京大五教育科技有限公司