一种Kinect工作区域的划分方法与应用
【技术领域】
[000?]本发明涉及一种Kinect工作区域的划分方法与应用，属于体感技术和智能家居的
技术领域。
【背景技术】
[0002] 体感是指人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使 用任何复杂的控制设备，便可让人们身历其境地与内容做互动。随着科学技术的发展，体感 技术不断走进人们的生活。运用体感技术的设备越来越多，如利用体感技术实现PPT播放的 控制等。
[0003] 随着新一代人机交互的快速发展，越来越多的体感手势控制方法也应运而生。但 目前大多数的控制方式都是局限特定的控制场景，实现单一的控制功能，不具备普适性，便 捷性，且成功率与准确率较低。
[0004] 人机交互(Human-Computer I .nteractl .on，HCI ·)是指通过计算机输入、输出设 备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术[1]。是与认知心理学、人机工程学、多媒体技 术、虚拟现实技术等密切相关的综合学科。人机交互的发展经历了三次革命：鼠标交互、触 屏交互、体感交互[2]。鼠标、触屏技术的交流语言并不来自于人类本身，用户需要时间去学 习如何与机器对话。体感技术应运而生，使用体感设备的用户可以直接地使用肢体动作，与 周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备，便可身历其境地与内容做互动 [3]。目前具有代表性的体感设备有:1^&口111〇1:1.〇11、]\^0、1(;[116(31:等。1^3口1]1〇1:1.〇11传感器根 据内置的两个摄像头从不同角度捕获画面，重建出手掌在真实世界三维空间的运动信息进 行控制;ΜΥ0可以捕捉到用户手臂肌肉运动时产生的生物电变化，再将信息处理的结果通过 蓝牙发送至受控设备;Kinect是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨 识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能，通过捕获目标人体的肢体信息进行相关控制。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种Kinect工作区域的划分方法与应用。
[0006] 本发明还提供一种将上述Kinect工作区域的划分方法应用到控制音乐播放的方 法；以无接触式操作的方法实现歌曲选择、音量调整和播放进度的调整。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 本发明所述手势控制音乐播放方法，使用的设备包括，微软Kinect2.0和电脑;利 用上述装置进行音乐播放的控制方法是用左手和右手实现，使用微软Kinect2.0作为摄像 头，获取手掌的坐标和状态。将播放任务按需求分为四个控制功能:歌曲曲目、音量调整、 播放进度、播放暂停。
[0009] -种Kinect工作区域的划分方法包括步骤如下：
[0010] 1)确定坐标系
[0011]在Kinect2.0的实体空间坐标空间选取人体关节点作为坐标原点，以Kinect2.0的 实体空间坐标系的坐标方向为坐标方向确定坐标系。不同时刻不同人体相对摄像头绝对位 置不同，坐标原点应该选取人体身上一点。
[0012] 现有技术中Kinect2.0的实体空间坐标系符合右手螺旋定则，是以深度摄像头为 实体空间坐标原点，z坐标轴的正半轴沿着深度摄像头的感应方向，y坐标轴的正半轴向上 延伸，X坐标轴的正半轴(从深度摄像头的视角来看）向左延伸。
[0013] 当目标人体处在深度摄像头视野范围内时，深度感应器获得25个人体关节点的三 维坐标(人体关节点的名称及位置如图1和表1所示）。
[0014] 2)有效区域划分
[0015] X轴工作区域划分：
[00? ?] I.选择人体基准尺寸Peopsize。所述基准尺寸可以为肩宽、臂长或腿长等。为了屏 蔽不同身体比例的目标人体在操作时产生的差异，需要选取一个人体的基准尺寸。
[0017] II.确定手掌X轴相对坐标值
[0019] 其中，Hand.X为右手掌X轴实际坐标值，0.X为坐标原点X轴实际坐标值。用手掌X轴 相对坐标代替手掌X轴实际坐标值的优点是，可避免因不同人体的臂长和身高不同而带来 的误差。
[0020] III.根据手掌正常的活动范围，确定手掌X轴相对坐标值的取值范围为：
[0021 ] M i nHand_x < Hand_x <MaxHand_x
[0022] 其中，MinHand_x为手掌X轴相对坐标值取值的最小值;MaxHand_x为手掌X轴相对 坐标值取值的最大值。MinHand_x和MaxHand_x的实际值通过实验统计获得。
[0023 ] 3)划分工作区域，分界点为A、B;分界点A和B的X轴相对坐标值分别为：
[0026] Position_ASA点X轴相对坐标值，Position_BSB点X轴相对坐标值；
[0027] 4)手掌所处区域的临时区域号
[0029] y轴工作区域应满足的条件：
[0030] ElbowRight. Y<Hand_y <Head. Y
[0031] 其中，Hand_y为手掌Υ轴实际坐标值;ElbowRightY为右肘Υ轴实际坐标值;HeadY为 头部Y轴实际坐标值；
[0032] z轴工作区域应满足的条件：
[0033] Hand_z<SpineMid.Z
[0034] 其中，Hand_z为手掌Z轴实际坐标值;SpineMidZ为脊柱中点Z轴实际坐标值；
[0035] 5)手掌所处区域的区域号
[0037]优选的，所述人体基准尺寸为脊柱下段长度；
[0039]其中，SpineBaseX为脊柱终点的X轴实际坐标值，SpineMidX为脊柱中段点的X轴实 际坐标值，SpineBaseY为脊柱终点的Y轴实际坐标值，SpineMidY为脊柱中段点的Y轴实际坐 标值。选取脊柱下段长度为人体基准尺寸可避免由于肢体移动中产生关节点遮挡造成的误 差。
[0040] 优选的，所述坐标原点为SpineMid，即选取脊柱中点作为坐标原点。由于人体手掌 坐标点在摄像头坐标系内的位置是动态变化的，因此不能使用手掌的绝对坐标进行计算。 坐标原点应满足不宜被其他关节点遮挡。综上考虑我们选取SpineMid(脊柱中点)作为坐标 原点。
[0041] -种将上述Kinect工作区域的划分方法应用到控制音乐播放的方法，包括步骤如 下：
[0042] 1)进行左手区域划分，得到三个区域LA、LB和IX，进入Qo状态；
[0043] Qo为布尔型指令初始状态，此时左手处于区
有三条状态跳转路 线：
[0044] I.左手移至区域LA，模型输出null并跳转到&状态，进入"歌曲曲目"功能菜单；
[0045] II.左手移至区域LB，模型输出null并跳转到出状态，进入"音量调整"功能菜单；
[0046] III.左手移至区域IX，模型输出null并跳转到Q3状态，进入"播放进度"功能菜单；
[0047] Qi为布尔型指令待触发状态，此时左手处于区域LA，有二条状态跳转路线：
[0048] I.左手处于区域LA，模型输出nul 1并保持&状态，仍处"歌曲曲目"功能菜单；
[0049] II.左手移出区域LA，模型输出nu 11并跳转到Qo状态；
[0050] Q2为布尔型指令待触发状态，此时左手处于区域LB，有二条状态跳转路线：
[0051] I.左手处于区域LB，模型输出null并保持Q2状态，仍处"音量调整"功能菜单；
[0052] II.左手移出区域LB，模型输出null然后跳转到Qo状态；
[0053] Q3为布尔型指令待触发状态，此时左手处于区域IX，有二条状态跳转路线：
[0054] I.左手处于区域LC，模型输出nul 1并保持Q3状态，仍处"播放进度"功能菜单；
[0055] II.左手移出区域LC，模型输出nu 11并跳转到Qo状态；
[0056] 2)进行右手区域划分，得到三个区域RA、RB和RC，进入Ro状态；
[0057] Ro为右手的初始状态，此时右手处于区域
，此时有三条状态跳转路 线：
[0058] I.右手移至区域RA并且保持张开状态，模型输出null并跳转到心状态，等待布尔 型指令的触发；
[0059] II.右手移至区域RB并且保持张开状态，模型输出null并跳转到办状态，等待连续 型指令的触发；
[0060] III.右手移至区域RC并且保持张开状态，模型输出null并跳转到R3状态，等待布 尔型指令的触发；
[0061] 办为右手布尔型指令待触发状态，此时右手处于区域RA，有三条状态跳转路线： [0062] I.右手处于区域RA且做出握拳动作，模型输出Fa(LEFT)并跳转到Ro状态，其中Fa (LEFT)表示与左手状态相关的函数，此时若左手处于&状态，则触发"快进"指令，若左手处 于Q2状态，则触发"音量加"指令，若左手处于Q 3状态，则触发"上一曲"指令，若左手处于Qo 状态，则触发"开始/停止"指令；
[0063] II.右手移出区域RA，模型输出nu 11并回到指令初始状态Ro状态；
[0064] III.右手处于区域RA且处于张开状态，模型输出null并维持在心状态，继续等待 布尔型指令的触发；
[0065]办为右手连续型指令待执行状态，此时右手处于区域RB，有三条状态跳转路线： [0066] I.右手处于区域RB且做出握拳动作，模型输出Fb(LEFT)并跳转到Q4状态，其中Fb (LEFT)表示与左手状态相关的函数，此时若左手处于&状态，则进入"进度设置"菜单，若左 手处于Q2状态，则进入"音量设置"菜单，若左手处于Q 3状态，则进入"曲目选择"菜单，若左手 处于Qo状态，则触发"开始