一种基于手势识别的非接触式解锁系统及方法与流程

本发明涉及特征识别解锁领域，特别涉及一种基于手势识别的非接触式解锁系统及方法。

背景技术：

基于机器视觉的人体动作和手势识别是实现新一代人机交互系统所不可缺少的一项关键技术。手势控制一般可分为接触式手势控制和非接触式手势控制，接触式手势控制包括手机等智能移动终端上使用的触摸屏，用户可以在触摸屏显示界面上进行人机交互。基于机器视觉的非接触式手势控制，是实现新一代人机交互系统所不可缺少的一项关键技术，其应用日益广泛。通过在设备上安装视觉采集装置，实时获取并识别用户的手势控制信号，从而达到良好的人机交互。

目前越来越多的家庭娱乐设备和电子产品采用非接触式手势控制作为人机交互方式。一方面，在非接触式手势控制系统中，系统会根据用户的肢体动作做出相应的响应，用户无意的一个手势动作可能会导致控制系统的误操作。因此，在非接触式控制系统中也需要具备手势控制的锁定和解锁功能。另一方面，对于一些大屏幕的电子设备，如智能电视等，不适合使用接触式手势解锁，用户体验也不好，而非接触式手势解锁，可以弥补这一不足。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于手势识别的非接触式解锁系统及方法，其能够获取规定手势变化进行解锁。

为实现上述目的，根据本发明一方面，提供了一种基于手势识别的非接触式解锁系统，包括：显示模块，其用于显示密码解锁界面；图像采集模块，其用于采集与所述密码解锁界面相对应的垂直方向上的图像信息；图像处理与识别模块，其用于根据所述图像信息获取手部区域，并根据所述手部区域识别手势的变化，若变化的手势与预设的密码解锁界面的启动手势匹配，若匹配则密码解锁界面启动；若不匹配，则密码解锁界面不启动；以及轨迹跟踪模块，其用于当密码解锁界面启动后，根据所述手部区域获取指尖的位置，并跟踪所述指尖在密码解锁界面的运动轨迹，将该运动轨迹与预存的解锁轨迹相比，若匹配则解锁装置由锁定状态变更到解锁状态，若不匹配，则解锁装置的状态维持不变。

优选地，上述技术方案中，所述手势的变化为由手掌变为拳头或由拳头变为手掌。

优选地，上述技术方案中，所述密码解锁界面为九宫格图案。

优选地，上述技术方案中，根据所述手部区域获取指尖的位置的方法为：确定手部区域的中心，计算中心到手部边缘的平均距离u，然后确定手部区域上部距离手部区域中心的最远点的位置，以及该点与中心点之间的距离d；若d与平均距离u之比大于2，表示该点位置为指尖所在位置。

为实现上述目的，根据本发明另一方面，提供了一种基于手势识别的非接触式解锁方法，包括：在密码解锁界面的垂直方向上进行手势变化；采集与所述密码解锁界面相对应的图像信息；根据所述图像信息获取手部区域，并根据所述手部区域识别手势的变化，若变化的手势与预设的密码解锁界面的启动手势匹配，若匹配则密码解锁界面启动；若不匹配，则密码解锁界面不启动；以及当密码解锁界面启动后，根据所述手部区域获取指尖的位置，并跟踪所述指尖在密码解锁界面的运动轨迹，将该运动轨迹与预存的解锁轨迹相比，若匹配则解锁装置由锁定状态变更到解锁状态，若不匹配，则解锁装置的状态维持不变。

优选地，上述技术方案中，所述手势的变化为由手掌变为拳头或由拳头变为手掌。

优选地，上述技术方案中，所述密码解锁界面为九宫格图案。

优选地，上述技术方案中，根据所述手部区域获取指尖的位置的方法为：确定手部区域的中心，计算中心到手部边缘的平均距离u，然后确定手部区域上部距离手部区域中心的最远点的位置，以及该点与中心点之间的距离d；若d与平均距离u之比大于2，表示该点位置为指尖所在位置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明能够快速准确的在视频图像中定位手部区域；用于后续操作，既可以用于手手势识别，也可以用于手势跟踪；不需要采用机器学习的方法进行学习，计算量小，识别速度快。

附图说明

图1是根据本发明基于手势识别的非接触式解锁系统的结构图。

图2是根据本发明基于手势识别的非接触式解锁方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1显示了根据本发明优选实施方式的基于手势识别的非接触式解锁系统，该系统包括：显示模块1、图像采集模块2、图像处理与识别模块3以及轨迹跟踪模块4；显示模块1用于显示密码解锁界面，密码解锁界面优选为九宫格图案；图像采集模块2用于采集与密码解锁界面相对应的垂直方向上的图像信息；图像处理与识别模块3用于根据图像信息获取手部区域，并根据手部区域识别手势的变化，手势的变化优选为由手掌变为拳头或由拳头变为手掌，但不限于此，也可为左右晃动的手掌等；若变化的手势与预设的密码解锁界面的启动手势匹配，若匹配则密码解锁界面启动；若不匹配，则密码解锁界面不启动；轨迹跟踪模块4用于当密码解锁界面启动后，根据手部区域获取指尖的位置，并跟踪指尖在密码解锁界面的运动轨迹，将该运动轨迹与预存的解锁轨迹相比，若匹配则解锁装置由锁定状态变更到解锁状态，若不匹配，则解锁装置的状态维持不变。

如图2所示，该实施例中基于手势识别的非接触式解锁系统的方法包括以下步骤：

步骤S10：初始化图像处理与识别模块中的手势库，预设密码解锁界面的启动手势和解锁轨迹；

步骤S20：在密码解锁界面的垂直方向上进行手势变化；

步骤S30：采集与密码解锁界面相对应的图像信息；

步骤S40：根据图像信息获取手部区域，并根据手部区域识别手势的变化，若变化的手势与预设的密码解锁界面的启动手势匹配，若匹配则密码解锁界面启动；若不匹配，则密码解锁界面不启动；

步骤S50：当密码解锁界面启动后，根据手部区域获取指尖的位置，并跟踪指尖在密码解锁界面的运动轨迹，将该运动轨迹与预存的解锁轨迹相比，若匹配则解锁装置由锁定状态变更到解锁状态，若不匹配，则解锁装置的状态维持不变。

步骤S50中，手部区域获取指尖的位置的方法为：确定手部区域的中心，计算中心到手部边缘的平均距离u，然后确定手部区域上部距离手部区域中心的最远点的位置，以及该点与中心点之间的距离d；若d与平均距离u之比大于2，表示该点位置为指尖所在位置。

在该实施例中，步骤S40中根据图像信息获取手部区域的过程为：

步骤S401：对所采集的图像进行提取肤色区域并设定阈值将图像二值化；其中，图像采集模块所采集的图像为RGB图像；

将图像二值化的过程为：将图像采集模块所采集的图像转换到YCbCr空间，提取Cb和Cr分量并设定阈值将图像二值化，其中140<Cr<200并且80<Cb<200；

步骤S402：对二值化后的图像进行中值滤波和形态学操作，用于消除噪声的干扰；其中，形态学操作包括膨胀和腐蚀；

步骤S403：对于去噪后的二值图像进行连通域查找，并计算每个连通域的面积，提取的两个面积最大的连通域；两个面积最大的连通域分别为手的区域和脸部区域；

若连通域的面积小于预设阈值，则该连通域非手部区域，将小于该阈值的连通域内的像素值置零；

步骤S404：在提取的两个面积最大的连通域中，采用基于Adaboost的人脸检测算法进行人脸检测；若存在人脸，将人脸区域所对应的连通域内的像素值置零，若不存在人脸，则为手部区域。

综上，本发明能够快速准确的在视频图像中定位手部区域；用于后续操作，既可以用于手手势识别，也可以用于手势跟踪；不需要采用机器学习的方法进行学习，计算量小，识别速度快。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。