一种视觉运动跟踪的隔空手写系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机视觉、图像处理和模式识别技术领域，具体涉及一种视觉运动 跟踪的隔空手写系统。
【背景技术】
[0002] 键盘、鼠标、手写板、触摸板和触摸屏等常见的计算机输入设备大多已成为计算机 的标准外设或常用外设，目前人们在应用计算机的同时，也不得不同时接受这些设备各自 的不足。
[0003]总结这些常用的计算机的输入装置的特性，它们有如下一些不足之处： 键盘：它常需要和鼠标结合使用，通过键盘很难快速将光标移到屏幕上的任意位置，也 很难用键盘进行绘图等连续性操作。键盘源于西方，有利于拼音文字字母和数字符号的输 入，和有限几个的功能键结合可实现一些复合操作。对于输入汉字等象形文字，从根本上存 在较大障碍。现存的多种通过键盘输入汉字的输入法，一方面因多键操作影响输入效率，另 一方面需要死记输入规则。对于汉字等象形文字的输入，键盘不能直观方便。键盘还要经 常保持清洁、维护。
[0004] 鼠标：鼠标的移动是线形的不间断的移动。如果要将屏幕上鼠标从一点移动到目 标出，需要使用者的手、眼在此期间始终与鼠标保持接触(有时还要左、右键或滚轮同时参 与)，不仅占用了使用者较多的时间，同时需呀使用者保持对鼠标的注意力，限制了手的运 动自由和使用方式。鼠标还要经常保持清洁、维护。
[0005] 触摸板：现有触摸板的功能是代替传统的滚动式鼠标、点状或柱状鼠标起作用的， 它也有前述传统鼠标的移动低效率、限制使用者手部运动自由、较多耗费使用者注意力等 缺陷。另外，它只采集了使用者手部的极少信息，不能解读使用者手部的多种动作，且阻止 操作者视线。只能单点识别，不能多点识别。
[0006]手写板：不具备键盘在输入规定符号、字母、数字时的快捷和直观性。手写板也只 能接受单点信息，一次输入的是平面上的单个点或单线条，而不反映同时触及它上面的不 连续的多个位置的信息。所接收或反映的使用者的信息量少，使用者手部的大量信息没有 得到利用，人机交流水平受到限制。同时还有文字输入识别率的问题。
[0007] 触摸屏：使用者在触摸屏上用手指点时，其手会遮挡触摸屏，阻挡操作者视线。在 触摸屏上指点，使用者必须首先抬起上臂，长时间抬动手臂也会导致疲劳。该设备只能摆放 在少数公共场所作为辅助服务设备使用，它也只能接受单点信息。
[0008]非专利文献（"OnlineCharacterSegmentationMethodforUnconstrained HandwritingStringsUsingoff-strokeFeatures"（Source:HitachiLtd.inthe TenthInternationalWorkshoponFrontiersinHandwritingRecognition,La Baule,France, 2006))披露了一种手写识别方法，它涉及了切分方式（segmentedpattern) 的物理特征（'无笔画（off-stroke)'特征)来识别无框手写输入的字符序列。在该方法中， '无笔画'信息可以从前一笔画的最后一个采样点到后一笔画的第一采样点来获得。该物理 信息还包括诸如切分方式的高度/宽度和相应切分方式的手写时间等信息。该方法中，物 理信息包括切分方式的形状特征、位置特征和间隙特征；笔画的长度；无笔画的平均距离； 无笔画的平均时间；无笔画的距离；无笔画的角度的正弦和余弦值；无笔画的间隔。该方法 主要针对书写前一笔画的结束点到书写当前笔画的起点之间的'无笔画'过程来进行手写 输入识别的。
[0009] 该手写识别方法假设，对于书写的字符而言，即使在不同的字符之间发生了连笔 现象，字符之间的无笔画距离和实践间隔也要大于字符内的笔画之间的无笔画距离和时 间，并且该方法假设每个笔画分布满足正态分布。基于上述的假设，该手写识别方法使用概 率模型，根据特征的均值和方差计算不同切分方式之间的相似度。最后，该方法使用动态规 划（DP)来确定最佳的切分路径。
[0010] 上述非专利文献1中存在的一个问题是对手写字符序列的切分依赖于每个笔画 的手写时间。对该方法来说，无笔画的时间间隔是非常重要的特征。该方法假设切分方式 之间的无笔画的时间间隔越大，则切分的正确度越高。当用户以较为恒定的速度进行书写 时，这样的假设是合理的。但是在使用过程中，用户经常以不同的速度，例如一会儿快一会 儿慢的速度进行书写。因此，如果用户在书写过程中改变书写速度，则非专利文献1所披露 的方法将难以准确识别。
[0011] 上述非专利文献1中存在的另一个问题是，仅仅使用了几何特征和时间特征来确 定切分是否正确。该方法假设字符之间的无笔画距离大于字符内的笔画之间的无笔画距 离。但是这样的假设并非总是正确的。非专利文献1列出了一些切分错误的典型示例。一 些字符之间的无笔画距离小于字符内的笔画之间的无笔画距离。
【发明内容】
[0012] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种视觉运动跟踪的隔 空手写系统。能够对用户隔空手写的字符进行识别，而与用户的书写速度的变化无关。
[0013] 所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，用于用户对准摄像头隔空书写字符， 其特征在于包括： 采集单元部分：通过PC设备自带的摄像头或外置摄像头对特定目标进行动态跟踪以 米集目标图像； 数据处理部分：包括特征提取单元、图像处理单元、轨迹识别单元，所述特征提取单元 为获取并存储该目标的特征点，图像处理单元为生成特征点的轨迹信息，轨迹识别单元为 处理并识别轨迹信息，即对特定目标运动轨迹数据进行处理； 后期处理部分：对手指尖运动的轨迹进行轨迹重建，再经过图像处理、渲染等方法，达 到用户需要的结果。
[0014] 所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，其特征在于获取特定目标的特征点是 获取目标的重心。
[0015] 1所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，其特征在于生成特征点的轨迹信息 包括确定特征点运动轨迹内的离散点，将空间离散点转化为同一平面内的点，再对离散点 进行拟合，形成完整的轨迹信息。
[0016] 所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，其特征在于所述同一平面是与采集单 元部分中摄像头所在平面间隔一定距离的面，这个平面相对于摄像头所在平面，可以是倾 斜、错位的，甚至是变形的。
[0017] 所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，其特征在于所述离散点是多幅图像中 特定目标的特征点。
[0018] 所述的一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，其特征在于所述图像处理部分包括： 离散模块：确定特定目标特征点运动轨迹内的离散点； 转化模块：将空间离散点转化为同一平面内的点，即将多幅图像中特定目标的特征点 转化为与采集单元部分中摄像头所在平面间隔一定距离的面，这个平面相对于摄像头所 在平面，可以是倾斜、错位的，甚至是变形的； 拟合模块：对离散点进行拟合，形成完整轨迹信息。
[0019] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果： 1. 本发明是一种视觉运动跟踪的隔空手写系统，将特定目标对准摄像头，利用摄像头