一种基于手势的数字输入方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机领域，具体涉及一种基于手势的数字输入方法。
【背景技术】
[0002] 用手势输入数字一直是手势交互理论和应用研究中的难点问题和关键问题之一， 也是智能家电等产业领域的痛点问题之一。
[0003]目前一般用手势数字实现用不同手势输入数字，它首先通过手势图像识别，然后 把不同的手势解释为不同的数字，这种方法存在的主要问题是：（1)识别率收到很多因素 的影响（例如距离、特征提取、识别算子等），特别是对于形状相近的手势目前普通方法很 难把它们区分开；（2)多人同时操作时容易相互干扰；（3)存在"MidasTouch问题"。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于手势的数字输 入方法，方便用手势输入数字。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种基于手势的数字输入方法，构造虚拟界面，所述虚拟界面是操作者手势操作 区域，该虚拟界面能够随着操作者的身体位置或体态的变化而变化；通过一个虚拟界面逐 次输入N个数字，或者通过生成N个虚拟界面，每个虚拟界面输入一个数字，这N个虚拟界 面形成虚拟界面群；
[0007] 将显示屏幕定义为物理界面，操作者与物理界面之间的空间定义为物理空间；
[0008] 所述物理空间包括虚拟界面和非虚拟界面；操作者的手势只有在虚拟界面内才是 有效的和能够感知的，在非虚拟界面内的手势是无效的；
[0009] 通过所述虚拟界面群输入数字。
[0010] 所述构造虚拟界面是这样实现的：
[0011] (1)计算机检测操作者的行为模型：如果检测到手掌首先前推，然后保持静止状 态，则进入步骤（2)，如果是其它行为，则返回步骤（1);
[0012] (2)计算出手掌保持静止状态时手势的重心位置0 ;
[0013] (3)将虚拟界面模板M放到以手势的中心位置0为中心的位置，得到虚拟界面 V(〇,QM)，其中，QM表示模板M所确定的虚拟界面的范围；
[0014] (4)计算出V上各个兴趣点的三维位置信息；
[0015] (5)返回虚拟界面V。
[0016] 每一种应用的所述虚拟界面模板M的功能分布以及大小范围是确定不变的；所述 兴趣点是指操作者在虚拟界面V上的交互对象；
[0017] 所述步骤（4)是利用空间深度信息和手势跟踪方法计算出V上各个兴趣点的三维 位置信息。
[0018] 所述通过所述虚拟界面群输入数字是这样实现的：
[0019]Q1，采用时钟表盘结构表示所述虚拟界面，其中，把时钟盘结构中的12点定义为 数字0,然后沿顺时针方向依次定义数字1到9,数字1和数字2之间所在的弧的中点为A， 数字2和数字3之间所在的弧的中点为B，圆心为0,射线0A和0B围成一个扇形区域0;
[0020] Q2,对于要输入的每个数字，具体步骤包括：
[0021] (A1)生成第i个虚拟界面Vi;
[0022] (A2)操作者在Vi上移动手势；
[0023] (A3)如果手势处于静止状态，再进一步检测是否有由五指伸开的包袱手势变化到 五指收缩的拳头手势（即"抓"手势），如果是，则进入（A4)，如果否，返回步骤（A3);
[0024] (A4)计算手势重心所在位置Pg ;
[0025] (A5)如果Pg迄QM,转步骤（A4);
[0026] (A6)计算f:
[0027] (1)
[0028] 其中，?f表示虚拟界面Vi上数字f所在的空间扇形区域点集。
[0029] 所述Q1进一步包括：
[0030] 将虚拟界面上数字0到9的9个扇形区域分为3个象限，其中象限I是0-3所在 的扇形区域；象限II是3-6所在的扇形区域；象限III是6-9所在的扇形区域；
[0031] 操作者的手势从虚拟界面的中心点出发选择象限，则根据手势运动轨迹的方向范 围，判断操作者欲选择的象限；
[0032] 中心点0与数字0确定的射线为起始向量L，沿顺时针方向角度逐渐增大，手势运 动的方向为T，T与L之间的夹角为0 =〈T，L>，T所在的象限为：
[0033]
[0034] 在进行数字选择时，操作者的手掌沿T方向平移，然后垂直向前推手势，则选中T 所确定的象限，然后调入对应的虚拟界面模板，将该象限设为新的虚拟界面供操作者进一 步操作；
[0035] 在所述新的虚拟界面中，只有该象限中的4个数字。
[0036] 所述方法采用粒子滤波算法获得手势运动轨迹。
[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0038] (1)解决了"MidasTouch问题"（即"点石成金"问题，用户所有的手势动作都会 被传感器捕获当作命令执行而导致系统状态紊乱，极大地加重认知用户负荷和操作负荷）。
[0039] (2)解决了传统用手势输入数字时存在的缺陷（例如，识别率低；手势复杂，不便 于输入多位数字，以及需要记忆数字手势等问题）。
【附图说明】
[0040] 图1本发明中用于数字输入的虚拟界面模板
[0041] 图2本发明实施例中的虚拟界面模板
[0042] 图3-1本发明实施例中10个数字划分到三个象限中
[0043] 图3-2本发明实施例中将第1象限作为虚拟界面模板生成新的虚拟界面。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0045] (1)虚拟界面
[0046] 通过分析操作者的手势操作行为，计算机可以形成位于操作者前面的手势交互感 应区，该区域既可能是二维（2D)也可能是三维（3D)，它可以随着操作者的身体位置或体态 的变化亦步亦趋地变化，就好像操作者手势附近有一个看不见但却可以随操作者身体的运 动而变化的操作屏幕，本发明将这种具有特定结构和功能的操作者手势操作区域称为（无 形）虚拟界面（TI)。把虚拟界面划分为若干个子块，把多模态手势（即2D界面手势/3D界 面手势，通信型手势/操作型手势）进行组合构建基本的交互功能，并在这些子块与交互 功能之间建立对应关系，这样的子块被称为功能块。
[0047] 虚拟界面的作用在于，它不仅从一个侧面反映了操作者手势操作的行为模型，而 且它从一个侧面刻画了操作者的心理模型，并且使得非接触式交互界面是有结构的、是可 以感知的、是可以计算的，从而将接触式交互与非接触式交互有效地统一起来。
[0048] (2)物理空间
[0049] 本发明将显示屏幕称为物理界面（PI)，操作者与物理界面之间的空间称为物理空 间。物理空间分为虚拟界面和非虚拟界面构成。给出了一种可能的物理空间结构图，其中， 虚拟界面分为3D操作区和2D操作区，操作者手势只有在虚拟界面内才是有效的和可以感 知的；在虚拟界面之外的物理空间是无效手势命令区，计算机不会响应无效手势命令区的 任何手势命令或手势操作。
[0050] 虚拟界面的构造算法如下：
[0051] 1.计算机检查操作者的行为模型：手掌首先前推，然后保持静止状态。
[0052] 2.计算出手掌保持静止状态时手势的重心位置0;
[0053] 3.将事先设计好的虚拟界面模板M放到以0为中心的位置，得到虚拟界面 V(〇,QM)，其中，QM表示模板M所确定的虚拟界面的范围；
[0054] 4.利用空间深度信息和手势跟踪技术，计算出V上各个兴趣点的三维位置信息；
[0055] 5.返回虚拟界面V。
[0056] 虚拟界面模板M的功能分布以及大小范围是确定不变的。根据不同的应用需要， 可以设计不同的虚拟界面模板M。所谓V上的兴趣点，是指操作者在虚拟界面V上的交互对 象。
[0057] 基于虚拟界面群的数字输入算法具体如下：
[0058] 1算法描述