手背皮肤形变还原手指运动方法与流程

本发明涉及人机交互领域，具体涉及一种手背皮肤形变还原手指运动方法。
背景技术：
：丰富的计算机资源和低功耗使得电子设备更加便于携带且无处不在。因此，人们越来越关注新颖的人机交互模式，这种模式超越了传统的输入战略，如键盘，鼠标和触摸屏。然而有限的相互作用空间(如小屏幕)损坏了用户的体验，阻碍便携式设备充分发挥作用。本方案针对的是手指运动识别技术，目前例如采用数据手套，其近端指骨屈曲误差在5°左右，但是数据手套的准确性需要以舒适和方便作为代价，其他解决方案如使用商业深度相机，戴手腕的相机，戴头上的相机，然而基于相机的检测手指运动系统其会面临遮挡问题，高功耗和光线限制。为了解决这些与手指移动直接相关的问题，研究人员对相关区域如手腕使用传感技术和不同的信号，这些传感技术包括电容传感，肌电传感(emg)，和压力传感。然而，这些却存在噪音太大，而且只能支持一小组分散的手势。有鉴于上述现有技术存在的问题，本专业技术人员辅以过强的专业知识，设计一种手背皮肤形变还原手指运动方法，来克服上述缺陷。技术实现要素：对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种手背皮肤形变还原手指运动方法，能够测量手背的皮肤伸展，达到检测手指的位置和移动的目的。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：手背皮肤形变还原手指运动方法，其具体步骤为：(1)、在人手背上做上标识，在手腕上带上具有采集标识变化的相机；(2)、在人的手指上佩戴optitrack摄像头；(3)、通过optitrack摄像头获取每个手指的屈曲曲线，同时通过手腕上的相机获取人手背上标识的变化；(4)、将步骤(3)中获取的屈曲曲线和标识的变化进行比对，获取其之间的联系；(5)、取下人的手指上佩戴的optitrack摄像头，利用步骤(4)获取的数据，直接通过人手背上的标识获取手指运动变化。作为优先的技术方案，所述标识为若干紫外荧光油图案，所述相机设为可佩戴在人手腕上的带有紫外相机功能的手环。作为优先的技术方案，所述紫外荧光油图案为若干紫外荧光油墨点，所述紫外荧光油墨点在每根手指对应的手背上至少设置有两个；作为优先的技术方案，所述紫外荧光油图案为一条紫外荧光油墨线，所述紫外荧光油墨线与每根手指垂直。作为优先的技术方案，所述紫外荧光油图案为若干紫外荧光油墨线，每根紫外荧光油墨线均设置在相应手指的反方向上。作为优先的技术方案，步骤(3)需进行多次数据的采集统计。作为优先的技术方案，所述标识为紫外荧光油墨点时，手指的屈曲度与每根手指对应的两个紫外荧光油墨点之间距离的变化成线性关系。作为优先的技术方案，所述标识为一条紫外荧光油墨线时，手指反方向与紫外荧光油墨线交叉点处角度的变化与手指的屈曲度成线性关系。作为优先的技术方案，所述标识为若干紫外荧光油墨线时，每根紫外荧光油墨线的平均宽度与相应手指的屈曲度成线性关系。该发明的有益之处在于：(1)本发明通过对手背皮肤的形变与手指的屈曲变化规律进行研究，完成了一种全新的人机交互方法，该方法相机的拍摄不会面临手指的遮挡问题，且舒适方便。(2)本发明利用紫外荧光油墨做为标识，一方面其与相机能够很好的结合且干扰小，另一方面，其不会对手产生不适感。(3)本发明通过optitrack摄像头先获取到真实的数据并与手背皮肤形变产生的手指运动进行比对，以求验证本发明的正确性。当然本发明在后期完全可以只通过手背皮肤形变产生的手指运动获取人机交互的使用。(4)本发明通过一系列实验证明手指曲度与手背皮肤的形变误差在3°-7°左右，完全保证了人机交互应用要求。附图说明图1为手背皮肤形变还原手指运动方法实际使用图；图2为手背皮肤形变还原手指运动方法中紫外相机中的图片；图3为手背皮肤形变还原手指运动方法理论操作图；图4为手背皮肤形变还原手指运动方法中optitrack在手背上建立的模拟三维坐标系。具体实施方式为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。众所周知人类的移动是由连接的骨头和肌肉带动的。这将导致皮肤拉伸，不同的人类移动会引起不同的皮肤移动模式，因此，从皮肤拉伸的模式中重组人类的移动是有可能的。研究人员已经在面部识别中充分探索了这种方法，用来检测用户的面部表达。本方案针对的人手指的人机交互，其不同于面部识别更加的直观，手指的动作范围以及其自由支配度是面部无法比拟的。下面具体介绍手背皮肤形变还原手指运动方法，其具体步骤为：(1)、在人手背上做上标识，在手腕上带上具有采集标识变化的相机；(2)、在人的手指上佩戴optitrack摄像头；(3)、通过optitrack摄像头获取每个手指的屈曲曲线，同时通过手腕上的相机获取人手背上标识的变化；(4)、将步骤(3)中获取的屈曲曲线和标识的变化进行比对，获取其之间的联系；(5)、取下人的手指上佩戴的optitrack摄像头，利用步骤(4)获取的数据，直接通过人手背上的标识获取手指运动变化。本发明标识优选为若干紫外荧光油图案，相机设为可佩戴在人手腕上的带有紫外相机功能的手环，这样便可解决相机的携带问题，且戴在手腕上会毫不影响标识信息的采集，并且也不会感到不适，如图1所示，而图2是紫外相机获取到的图1紫外荧光油墨点内容。进一步，紫外荧光油图案为若干紫外荧光油墨点，紫外荧光油墨点在每根手指对应的手背上至少设置有两个，通过实验发现手指的屈曲度与每根手指对应的两个紫外荧光油墨点之间距离的变化成线性关系；或者是，紫外荧光油图案为一条紫外荧光油墨线，紫外荧光油墨线与每根手指垂直，同样的，手指反方向与紫外荧光油墨线交叉点处角度的变化与手指的屈曲度也成线性关系。又或者，紫外荧光油图案为若干紫外荧光油墨线，每根紫外荧光油墨线均设置在相应手指的反方向上，而每根紫外荧光油墨线的平均宽度与相应手指的屈曲度也成线性关系。当然了本发明步骤(3)需进行多次数据的采集统计。为进一步验证本发明的可行性，通过具体的实验数据进行验证。招募了12名参与者(6名女性，6名男性)参加这个实验，年龄范围是20岁到34岁，并设计了一整套手指手势，手背上的标识为了方便数据的准确性，采用的4*4的紫外荧光油墨点矩阵，具体如图3所示，在手背上建立模拟三维坐标系，以手背面为其中一基准面，法向线垂直与手背面，有必要强调的是拇指需单独建立拇指坐标系，具体建立的坐标系如图4所示，该坐标系便于optitrack摄像头获取手指的三维坐标和手指屈曲度，利用optitrackmotive软件(在个人计算机上运行(inteli7-4765t@2.0ghz，8gram))，具体数据在线下操作。获取了相关的数据误差，表中，屈曲范围是指12名参与者平均每个手指近端指骨屈曲的最大度数，后面括号内为最大误差，而伸展距离是指12名参与者平均对应每个手指的手背上最接近手指处的紫外荧光油墨点距离后面那个紫外荧光油墨点的最大距离，后面括号内为最大误差。屈曲范围平均(标准)伸展距离平均(标准)拇指59.47°(10.41°)1.52(0.63)mm食指103.84°(6.19°)2.72(1.23)mm中指112.35°(7.71°)2.34(1.44)mm无名指115.00°(8.72°)1.88(0.96)mm小指121.35°(13.71°)2.77(1.12)mm后又对手背皮肤伸展与手指屈曲角度之间数据误差进行分析，相同伸展距离下，大拇指的平均误差达3.77°，食指5.87°，中指6.43°，无名指4.5°，小指6.22°。综上该误差已基本达到了传统数据手套的误差范围，也就是说他能够满足人机交互的应用。应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动、修改和/或变型，例如，通过脖子上皮肤的拉伸能够判断其是否摆头，背部皮肤拉伸判断四肢的运动等等，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。当前第1页12