一种用于幼儿教育的手势识别的装置和方法
【专利摘要】本发明一种适用于幼儿教育的手势识别的装置和方法。这种用于幼儿教育的手势识别的装置由PC机、摄像头和一块特制的触摸板及其高度可调节支架组成。这块特指的触摸板可以使一块透明的硬塑料板，置于摄像头前不远处的支架上面，和摄像头、PC机不连接，不要设置太高（小孩子使用），在触摸板上刻有该方法中使用的多方向坐标系，在原点和以某长度为半径所画圆和方向轴的交点处课上手掌的形状。我们一般把坐标系建成8方向坐标系，上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表标号为1、2、3、4、5、6、7、8。与现有技术相比，其装置简单，适用性高，而作为与之配套的方法，运算速度快、识别效率高，操作具有一定的规范方法，速度快。
【专利说明】—种用于幼儿教育的手势识别的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及计算机领域，具体地说是涉及一种用于幼儿教育的手势识别的装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前，计算机在现代社会影响的迅速扩大，输入方式变得越来越简洁、越人性化，人们不断对人机交互的水平和质量提出新的要求和挑战，很多地方都在逐渐的代替以前的鼠标和键盘输入，采用例如语音输入、在线手写输入、手势输入等方式，这符合多模式人机接口技术研究的目标，使得用户可以方便、自然地使用子类所熟知的方式使用计算机。
[0003]由于手势具有直观性、自然性的特点，手势已经成为人机信息交互的一种重要手段。相比于之前提出的数据手套、标记手势、自然手等，基于视觉的动态手势识别系统是当前科学发展的热点之一，国内外的很多学者都投入极大的热情进行相关的方向的研究，同时，基于视觉的动态手势识别系统也是目前和未来手势识别系统的主要发展趋势。例如清华大学给出的一种基于视觉的动态孤立手势识别技术，后来又提出动态时空规整算法用于手势识别，对12种手势，平均识别率高达97%。
[0004]手势识别是及语音识别之后人机交互领域的一大研究热点，在人机交互中应用前景广泛，但是也存在一些缺点。例如要识别鼠标光标动作，通常会采用点阵识别的方式。这种方式识别率较高，但由于涉及大量的识别算法，过程复杂，所识别反应迟钝。而对于手势识别，对轨迹识别精度要求不高，但对速度要求较高，因此就需要一种简单而快速的识别方式。特别是在幼儿教育领域，不仅要做到简单高速，还需要手势识别装置安全、方法设计独至IJ，适合小朋友来操作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种用于幼儿教育的手势识别的装置和方法，该装置简单而紧凑，很适合小孩子操作，该方法运算速度快、识别效率高，能够作为许多幼儿教育软件的输入方法选择。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现:
这种用于幼儿教育的手势识别的装置由PC机、摄像头和一块特制的触摸板及其高度可调节支架组成。这块特制的触摸板可以使一块透明的硬塑料板，置于摄像头前不远处的支架上面，和摄像头、PC机不连接，不要设置太高(小孩子使用)，在触摸板上刻有该方法中使用的多方向坐标系，在原点和以某长度为半径所画圆和方向轴的交点处课上手掌的形状。
[0007]这种与所述装置配套的用于幼儿教育的手势识别的方向，包括以下步骤:
(1)选择一块大小合适的触摸板置于摄像头前，正对摄像头，将高度设置合适，记录其上半径长和坐标轴方向；
(2)在屏幕上，以当前光标位置为原点，建立多方向坐标系，该坐标轴和触摸板坐标轴方向相同，长度按照同比例处理；
(3)结合触摸板的半径和方向，在手势计算模块中预先设定各坐标方向轴之间的误差角度范围，以及终点坐标和起点左边之间的最小距离；
(4)将手放在触摸板原点，摄像头拍摄图像，经过手势分割和灰度处理，获取当前手势位置，并和屏幕上原点重合；然后沿某一方向轴移动手到圆周位置，记录移动后的终点手势位置；
(5)判断两点间的距离是否小于最小距离，若小于最小距离，则本次动作无效，终止识别；若大于或者等于最小距离，则再判断误差角度是否在设定的角度误差范围内，若否，则为无效结果，终止判断；
(6)若有结果，则从拍摄的照片中，判断出手势移动的方向，计算出在坐标轴上移动的距离，得到光标需要移动的方向和坐标值，并输出相应动作；
(7)—次动作识别完成。然后手离开触摸板，放到原点，开始下一次动作识别，如此不断循环。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明提供了一种简单快捷的用于幼儿教育的手势输入的装置和方法，与现有技术相比，其装置简单，适用性高，特别针对小朋友配备的可调高触摸板，它是一种模拟触摸板的装置，将手势识别的不可控性变得可控起来。而作为与之配套的方法，运算速度快、识别效率高，操作具有一定的规范方法，速度快。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明的手势识别的方法操作流程图 图2是本发明的装置触摸板及其支架的示意图
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
这种用于幼儿教育的手势识别的装置由PC机、摄像头和一块特制的触摸板及其高度可调节支架组成。这块特制的触摸板可以使一块透明的硬塑料板，置于摄像头前不远处的支架上面，和摄像头、PC机不连接，不要设置太高(小孩子使用)，在触摸板上刻有该方法中使用的多方向坐标系，在原点和以某长度为半径所画圆和方向轴的交点处课上手掌的形状。我们一般把坐标系建成8方向坐标系，上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表标号为1、2、3、4、5、6、7、8。
[0011]本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种用于幼儿教育的手势识别的装置和方法，包括装置由PC机、摄像头和一块特制的触摸板及其高度可调节支架组成，其特征是:所述触摸板，这块特制的触摸板可以使一块透明的硬塑料板，置于摄像头前不远处的支架上面，和摄像头、PC机不连接，不要设置太高(小孩子使用)，在触摸板上刻有该方法中使用的多方向坐标系，在原点和以某长度为半径所画圆和方向轴的交点处课上手掌的形状；所述坐标系，我们一般把坐标系建成8方向坐标系,上、右上、右、右下、下、左下、左、左上分表标号为1、2、3、4、5、6、7、8。
2.根据权利要求1所述的用于幼儿教育的手势识别的装置和方法，其特征是:所述方法的步骤为:(I)选择一块大小合适的触摸板置于摄像头前，正对摄像头，将高度设置合适，记录其上半径长和坐标轴方向；(2)在屏幕上，一当前光标位置为原点，建立多方向坐标系，该坐标轴和触摸板坐标轴方向相同，长度按照同比例处理；(3)结合触摸板的半径和方向，在手势计算模块中预先设定各坐标方向轴之间的误差角度范围，以及终点坐标和起点左边之间的最小距离；(4)将手放在触摸板原点，摄像头拍摄图像，经过手势分割和灰度处理，获取当前手势位置，并和屏幕上原点重合；然后沿某一方向轴移动手到圆周位置，记录移动后的终点手势位置；5)判断两点间的距离是否小于最小距离，若小于最小距离，则本次动作无效，终止识别；若大于或者等于最小距离，则再判断误差角度是否在设定的角度误差范围内，若否，则为无效结果，终止判断；(6)若有结果，则从拍摄的照片中，判断出手势移动的方向，计算出在坐标轴上移动的距离，得到光标需要移动的方向和坐标值，并输出相应动作；(7) —次动作识别完成，然后手离开触摸板，放到原点，开始下一次动作识别，如此不断循环。
3.根据权利要求1所述的用于幼儿教育的手势识别的装置和方法，其特征是:所述距离处理方法为:以当前光标位置为原点，建立多方向坐标系，该坐标轴和触摸板坐标轴方向相同，长度按照同比例b处理(例如假设光标之间的距离为C，现在光标到下一目标光标位置的距离为3cm，方向为向右，而触摸板中点距离左边手型图案是27cm，那么a=27cm，b=c/a=l/9，这样就建立了手势距离和光变距离之间的关系)；所述结果，从拍摄的照片中，判断出手势移动的方向，计算出在坐标轴上移动的距离，得到光标需要移动的方向和坐标值，并输出相应动作。
4.根据权利要求1所述的用于幼儿教育的手势识别的装置和方法，其特征是:所述做提前设定时，结合触摸板的半径和方向，在手势计算模块中预先设定各坐标方向轴之间的误差角度范围，以及终点坐标和起点左边之间的最小距离；所述操作时做判断，方式为将手放在触摸板原点，摄像头拍摄图像，经过手势分割和灰度处理，获取当前手势位置，并和屏幕上原点重合；然后沿某一方向轴移动手到圆周位置，记录移动后的终点手势位置；这一过程中，得到经过照片分析得到的手势移动距离a’，判断a’和a的大小关系。
【文档编号】G09B19/00GK103713776SQ201210376723
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年10月6日 优先权日:2012年10月6日
【发明者】高蓉 申请人:南京大五教育科技有限公司