一种基于手势识别的灯效控制方法及系统与流程

本发明涉及灯具领域，更具体地说灯具的等效控制领域，涉及一种基于手势识别的灯效控制方法及系统。

背景技术：

灯作为人们日常生活、工作中不可或缺的一部分，除了进行必须的开关之外，很多时候还需要进行亮度的调节，将灯置于不同的亮度。对灯的亮度进行调节，目前的主要方式是通过手动调节开关，通过将开关调整至不同的档位或者开度来调整灯的亮度。然而，通过手动调节开关的方式操作人员必须处于开关处才能进行操作，有时候使用起来并不便利。

为了解决上述问题，现有技术中提供了一种手持遥控装置来解决上述问题的方法，操作人员通过触发手持遥控装置上的开关，实现对灯的亮度进行调节。然而，一方面手持遥控装置容易丢失，另一方面手持遥控装置需要占住操作者的一只手，在某些场合也十分不便利，如在需要与人进行握手、拥抱等交互时。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对上述的对灯的亮度进行调节时采用手动调节方式以及手持遥控装置调节开关方式，使用不便利以及手持遥控装置易丢失的技术缺陷，提供了一种基于手势识别的灯效控制方法及系统。

根据本发明的第一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种基于手势识别的灯效控制系统，包括：

图像获取模块，用于获取图像拍摄模块所拍摄的包含操作者的手部的图像；

手部提取模块，用于提取出所述图像中手部的图像；

动作识别模块，用于根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度；

亮度调整模块，用于根据手部张开程度的变化生成用于调整来灯的亮度的控制指令。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，上述控制指令作用于灯时满足：当手部张开程度增大时，灯的亮度增大，当手部的张开程度增小时，灯的亮度减小。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，手部从完全闭合到完全张开的每一个张开程度分别与灯从最小亮度到最大亮度的每一个亮度一一对应；或者，

手部从完全闭合到完全张开的每一个张开程度的变化分别与亮度最小变化量到亮度最小变化量的每一个变化量一一对应。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，还包括：

颜色调整模块，用于在张开程度的变化速度大于预设值时，生成切换灯的颜色的控制指令。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，手部提取模块包含：

灰度化处理处理模块，用于将拍摄的图像进行灰度化处理；

类间方差遍历模块，用于根据下述公式，计算出灰度化处理后图像中每一个像素的灰度值的类间方差，得出使得类间方差最大的灰度值；

g＝ω1×ω2×(μ1-μ2)²，

式中，g为类间方差，ω1为灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ1灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值，ω2为灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ2灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值；

二值化处理模块，用于以得出的使得类间方差最大的灰度值作为分割阈值，将灰度化处理后的图像进行二值化处理，得出手部的图像。

根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，还提供了一种基于手势识别的灯效控制方法，包括：

图像获取步骤：获取图像拍摄模块所拍摄的包含操作者的操作者的手部的图像；

手部提取步骤：提取出所述图像中手部的图像；

动作识别步骤：根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度；

亮度调整步骤：根据手部张开程度的变化生成用于调整来灯的亮度的控制指令。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，上述控制指令作用于灯时满足：当手部张开程度增大时，灯的亮度增大，当手部的张开程度增小时，灯的亮度减小。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，手部从完全闭合到完全张开的每一个张开程度分别与灯从最小亮度到最大亮度的每一个亮度一一对应；或者，手部由完全张开到完全闭合至由完全闭合到完全张开每一个张开程度的变化分别与亮度零变化量到亮度最小变化量的每一个变化量一一对应。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，还包括：

颜色调整步骤，用于在张开程度的变化速度大于预设值时，生成切换灯的颜色的控制指令。

在本发明的基于手势识别的灯效控制系统中，手部提取步骤包含：

灰度化处理处理步骤，用于将拍摄的图像进行灰度化处理；

类间方差遍历步骤，用于根据下述公式，计算出灰度化处理后图像中每一个像素的灰度值的类间方差，得出使得类间方差最大的灰度值；

g＝ω1×ω2×(μ1-μ2)²，

式中，g为类间方差，ω1为灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ1灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值，ω2为灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ2灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值；

二值化处理步骤，用于以得出的使得类间方差最大的灰度值作为分割阈值，将灰度化处理后的图像进行二值化处理，得出手部的图像。

本发明的基于手势识别的灯效控制方法及系统，首先获取图像拍摄模块所拍摄的包含手部的图像，然后提取出所述图像中手部的图像，根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度，并根据手部张开程度的变化生成用于调整来灯的亮度的控制指令。实施本发明的基于手势识别的灯效控制方法及系统，操作人员可以在不携带任何遥控装置的前提下，实现对灯的亮度的调节，方便简单，且算法简单，运算速度快，制作的成本教低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的基于手势识别的灯效控制系统一优选实施例的原理框图；

图2是本发明的基于手势识别的灯效控制方法一优选实施例的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，其本发明的基于手势识别的灯效控制系统一优选实施例的原理框图。在本实施例的灯效控制系统具有手势识别端1和灯效控制端2，手势控制端1具有依次连接的图像拍摄模块11、手部提取模块12、动作识别模块13、亮度调整模块14以及蓝牙模块一15。灯效控制端2具有连接的蓝牙模块二22与灯效控制模块21。蓝牙模块一15与蓝牙模块二22可通信连接。

在本实施例中，图像拍摄模块11在本实施例采用固定拍摄角度的摄像头，摄像头拍摄包含灯效操作人员的手部的图像，拍摄时将摄像头的拍摄范围内任意出现的人员的手部均视作操作者的手部进行拍摄，拍摄的手部图像均视作有效图像。在本发明的另一实施例中，图像拍摄模块11为云台摄像机，云台摄像机根据预先设置的人员图像，自动跟踪对应人员，拍摄该人员的手势进行处理，而将拍摄的其他人员的手部图像视为无效图像，无效图像不参与控制指令的产生或者作用。

手部提取模块12具有信号调理电路以及与信号调理电路连接的手部提取单元。信号调理电路连接图像拍摄模块11，对图像拍摄模块11拍摄的图像进行调理，将信号放大至预设的范围，然后再进行滤波处理，滤除其中的噪声后传输至与手部提取单元，手部提取单元将调理后的图像进行处理，提取出手部的图像。

动作识别模块13连接手部提取模块12，根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度。

亮度调整模块14根据手部在张开程度的变化来生成用于控制灯的亮度的控制指令。控制指令生成后，与亮度调整模块14连接的蓝牙模块一15将控制指令发送出去。手部在张开过程中，张开程度逐渐增大；手部在握紧过程中，张开程度逐渐减小。

蓝牙模块二22接收到上述的控制指令后，传送至与其连接的灯效控制装置21，灯效控制装置21响应上述控制指令，而调整灯的亮度，将亮度调大或者调小。

在本发明的另一实施例中，手势控制端1和灯效控制端2可以不采用本发明的两个蓝牙模块进行传输，而采用其他的传输方式，即上述的两个蓝牙模块可以被下述的任意一种模块所同时代替：rs232通信模块、rs485通信模块、rs422通信模块、spi(serialperipheralinterface)通信模块、iic(inter-integratedcircuit)通信模块、zigbee通信模块及nrf通信模块。

手部提取模块12将处理后的图像进行处理，提取出手部的图像可通过下述的模块进行实现。

灰度化处理处理模块，将拍摄的调理后的图像进行灰度化处理。摄像头采集到的图像信息为rgb彩图，为了降低计算量，首先将rgb图像进行灰度化处理，经处理后的每一个像素的像素值为：

gray＝r*0.299+g*0.587+b*0.114

其中，gray为灰度化处理后形成的灰度图的像素值，r、g、b分别为灰度化处理之前的彩图中红、绿、蓝所对应的像素值。

类间方差遍历模块，用于根据下述公式，计算出灰度化处理后图像中每一个像素的灰度值的类间方差，得出使得类间方差最大的灰度值

g＝ω1×ω2×(μ1-μ2)²，

式中，g为类间方差，ω1为灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ1灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值，ω2为灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ2灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值；

二值化处理模块连接类间方差遍历模块，并连接动作识别模块的第二处理器，以得出的使得类间方差最大的灰度值作为分割阈值，将灰度化处理后的图像进行二值化处理，然后进行膨胀操作和腐蚀操作滤除背景，得出手部的图像。在本实施例中，灰度值小于的像素被二值化为“0”，否则被二值化为“1”，所有二值化为“1”的像素组成本发明的手部的图像，而二值化为“0”的像素组成本发明的手背所处的背景的图像。

动作识别模块13根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度。为了减少被发明中的面积的计算误差，在二值化处理后，还可以采用膨胀操作和腐蚀操作，滤除背景中的噪声，即滤除二值化为“0”的像素所包围的少量的“1”。然后对二值化处理后的图像进行求和，等效于对手部的图像的区域进行求和，将所有的“1”相加起来得出和，和的大小代表手部的张开程度，和的变化速度也能反映手部的张开程度的变化速度，和变化越快，张开程度的变化越大，和变化越慢，张开程度的变化越小。优选的，张开程度＝(手部当前对应的和-手部对应的最小和)/(手部对应的最大和-手部对应的最小和)，其中手部对应的最大和与手部对应的最大和通过预设方式得到，既可以成年人的平均值，可以事先针对不同操作者进行采集。

亮度调整模块14根据手部张开程度的变化生成用于调整来灯的亮度的控制指令，控制指令作用于灯时满足：当手部张开程度增大时，灯的亮度增大，当手部的张开程度增小时，灯的亮度减小。灯的亮度被调大到最大值后，手部继续张开，灯的亮度不再增加；灯的亮度被调到最小亮度后，手部继续闭合，亮度不再减小。实现上述控制指令的方式有两种：1、手部从完全闭合(握拳)到完全张开(手指伸直)的每一个张开程度分别与灯从最小亮度(如灯关闭)到最大亮度(如灯光饱和)的每一个亮度一一对应，优选的这个过程中的张开程度与灯的亮度成正比例；2、手部由完全张开到完全闭合至由完全闭合到完全张开每一个张开程度的变化分别与亮度零变化量到亮度最小变化量的每一个变化量一一对应，即手部从张开到完全闭合对应最小变化量，如-30％(亮度减小30％)，手部完全闭合到完全张开对应最大变化量(亮度增加30％)，如某次手部有手部完全闭合到张开50％，则亮度变大15％，当需要多次调整的亮度较大(大于30％)时，可以进行多次调节。当手部执行张开或者闭合动作时，灯的亮度可以随着手部张开/闭合的动作逐渐变化，也可以在手部张开/闭合的动作执行完毕后，直接调整亮度至最后的结果。

本灯效控制系统还具有颜色调整模块，用于在开合程度的变化速度大于预设值时，生成切换灯的颜色的控制指令。也即在上述和的变化速度大于预设值时，灯效控制装置21响应该控制指令，将灯的颜色由当前颜色切换为另一颜色，此处颜色是指单一的颜色，也可以是多种颜色组合而成的颜色。

人完成一次手部的开合大概需要几百毫秒，取一段时间间隔为δt(δt<100ms)定为单位时间，求得δt之前的手部的图像的面积(即求出的和，下同)为st，当前手部的图像的面积为st+δt，利用公式得出手部的图像的面积的变化速度：

如此可得到δt内的手部的图像的面积的变化速度υs。进一步判断υs是正值还是负值，如果υs是正值，表示手部的动作状态为张开状态，如果υs为负值表示手部的动作状态为状态。

图2是本发明的基于手势识别的灯效控制方法一优选实施例的流程图。在本实施例中，该灯效控制方法包含下述步骤：

s1、获取图像拍摄模块所拍摄的包含操作者的手部的图像。在本实施例中，图像为摄像头所拍摄，拍摄的图像为彩色图像。

s2、提取出所述图像中手部的图像。本实施例中，步骤s2具体包括：

首先，将rgb图像进行灰度化处理，经处理后的每一个像素的像素值为：

gray＝r*0.299+g*0.587+b*0.114

其中，gray为灰度化处理后形成的灰度图的像素值，r、g、b分别为灰度化处理之前的彩图中红、绿、蓝所对应的像素值。

其次，根据下述公式，计算出灰度化处理后图像中每一个像素的灰度值的类间方差，得出使得类间方差最大的灰度值

g＝ω1×ω2×(μ1-μ2)²，

式中，g为类间方差，ω1为灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ1灰度化处理后图像中灰度值大于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值，ω2为灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素点数占整幅图像的像素点数的比例，μ2灰度化处理后图像中灰度值小于当前选定的灰度值的像素的平均灰度值；

然后，以得出的使得类间方差最大的灰度值作为分割阈值，将灰度化处理后的图像进行二值化处理，然后进行膨胀操作和腐蚀操作滤除背景，得出手部的图像。在本实施例中，灰度值小于的像素被二值化为“0”，否则被二值化为“1”，所有二值化为“1”的像素组成本发明的手部的图像，而二值化为“0”的像素组成本发明的手背所处的背景的图像。

s3、根据提取出的手部的图像，识别出手部的张开程度。为了减少被发明中的面积的计算误差，在二值化处理后，还可以采用膨胀操作和腐蚀操作，滤除背景中的噪声，即滤除二值化为“0”的像素所包围的少量的“1”。然后对二值化处理后的图像进行求和，等效于对手部的图像的区域进行求和来表示，将所有的“1”相加起来得出和，和的大小代表手部的张开程度，和的变化速度也能反映手部的张开程度的变化速度，和变化越快，张开程度的变化越大，和变化越慢，张开程度的变化越小。

s4、根据手部张开程度的变化生成用于调整来灯的亮度的控制指令，控制指令作用于灯时满足：当手部张开程度增大时，灯的亮度增大，当手部的张开程度增小时，灯的亮度减小。实现上述控制指令的方式有两种：1、手部从完全闭合(握拳)到完全张开(手指伸直)的每一个张开程度分别与灯从最小亮度(如灯关闭)到最大亮度(如灯光饱和)的每一个亮度一一对应，优选的这个过程中的张开程度与灯的亮度成正比例；2、手部由完全张开到完全闭合至由完全闭合到完全张开每一个张开程度的变化分别与亮度零变化量到亮度最小变化量的每一个变化量一一对应，即手部从张开到完全闭合对应最小变化量，如-30％(亮度减小30％)，手部完全闭合到完全张开对应最大变化量(亮度增加30％)，如某次手部有手部完全闭合到张开50％，则亮度变大15％，当需要多次调整的亮度较大(大于30％)时，可以进行多次调节。

本灯效控制方法还具有颜色调整步骤：在开合程度的变化速度大于预设值时，生成切换灯的颜色的控制指令。也即在上述和的变化速度大于预设值时，灯效控制装置21响应该控制指令，将灯的颜色由当前颜色切换为另一颜色，此处颜色是指单一的颜色，也可以是多种颜色组合而成的颜色。

人完成一次手部的开合大概需要几百毫秒，取一段时间间隔为δt(δt<100ms)定为单位时间，求得δt之前的手部的图像的面积(即求出的和，下同)为st，当前手部的图像的面积为st+δt，利用公式得出手部的图像的面积的变化速度：

如此可得到δt内的手部的图像的面积的变化速度υs。进一步判断υs是正值还是负值，如果υs是正值，表示手部的动作状态为张开状态，如果υs为负值表示手部的动作状态为状态。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。