本文關(guān)鍵詞：基于機(jī)器視覺的嵌入式虛擬鍵盤研究

  更多相關(guān)文章： 機(jī)器視覺 虛擬鍵盤 前景分割 指尖檢測(cè)

【摘要】：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,人機(jī)交互的方式從傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)變?yōu)槿S立體交互,虛擬鍵盤通過攝像頭檢測(cè)手指在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)來判斷用戶的輸入,能夠較好的切合虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景的要求。目前的虛擬鍵盤主要采用紅外攝像頭加紅外激光輔助定位的方案實(shí)現(xiàn),這種方案雖然原理較為簡(jiǎn)單,但是容易受到環(huán)境光線中的紅外線干擾,嚴(yán)重的情況下可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用。針對(duì)這個(gè)問題,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于機(jī)器視覺的嵌入式虛擬鍵盤系統(tǒng),采用雙目攝像頭檢測(cè)代替紅外激光輔助定位方案。論文主要研究工作包括三個(gè)部分:1)虛擬鍵盤系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)。硬件方面,系統(tǒng)以ARM作為核心處理器。ARM對(duì)雙目攝像頭采集到的圖像進(jìn)行處理后,再將結(jié)果返回給電腦。軟件方面,系統(tǒng)程序采用MVC結(jié)構(gòu)模型,將程序的數(shù)據(jù)存取、交互界面和控制邏輯三者進(jìn)行分離,分別封裝在不同的模塊中,降低了程序的耦合度。2)虛擬鍵盤系統(tǒng)所用算法的研究與改進(jìn)。首先,提出了一種融合橢圓膚色模型和平均背景模型的改進(jìn)前景分割算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)手部前景區(qū)域的提取。然后,通過結(jié)合Y坐標(biāo)值判斷,對(duì)現(xiàn)有的基于K向量的單指尖檢測(cè)算法中存在的不穩(wěn)定性進(jìn)行了改進(jìn),并提出了一種基于凸包檢測(cè)和K向量的改進(jìn)多指尖檢測(cè)算法,該算法通過計(jì)算手部輪廓相近凸包頂點(diǎn)的K向量值來判斷指尖點(diǎn)的位置坐標(biāo)。最后,采用雙目測(cè)距原理計(jì)算指尖點(diǎn)的深度信息,用于判斷手指是否按下。3)虛擬鍵盤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在Linux+Qt開發(fā)環(huán)境下,采用C++和OpenCV編程,通過多線程技術(shù)和V4L2框架實(shí)現(xiàn)了雙目攝像頭的同步采集,利用指尖的位置和深度信息完成了鍵盤按鍵的定位和指尖狀態(tài)的識(shí)別,實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器視覺的嵌入式虛擬鍵盤的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的虛擬鍵盤系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)用戶手指的運(yùn)動(dòng),并且能夠有效地減小環(huán)境光線的干擾,具有良好的準(zhǔn)確度。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器視覺 虛擬鍵盤 前景分割 指尖檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TP334.23
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 論文研究背景及意義10-13
• 1.1.1 虛擬鍵盤研究背景10-11
• 1.1.2 機(jī)器視覺研究背景11-12
• 1.1.3 論文研究意義12-13
• 1.2 虛擬鍵盤國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 論文主要工作和章節(jié)安排16-17
• 第二章 虛擬鍵盤系統(tǒng)框架概述17-26
• 2.1 系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)17-18
• 2.2 系統(tǒng)硬件選型18-20
• 2.3 系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)20-25
• 2.3.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境介紹20-21
• 2.3.2 系統(tǒng)軟件框架介紹21-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 手部前景分割算法研究26-44
• 3.1 前景分割算法概述26-27
• 3.2 常用的前景分割算法介紹27-39
• 3.2.1 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法27-34
• 3.2.2 膚色檢測(cè)算法34-39
• 3.3 融合橢圓膚色模型和平均背景模型的改進(jìn)前景分割算法39-43
• 3.3.1 高斯濾波和圖像形態(tài)學(xué)處理40-42
• 3.3.2 改進(jìn)前景分割算法的實(shí)現(xiàn)42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 指尖信息檢測(cè)44-60
• 4.1 指尖位置檢測(cè)44-52
• 4.1.1 單指尖檢測(cè)算法44-48
• 4.1.2 多指尖檢測(cè)48-52
• 4.2 指尖深度檢測(cè)52-59
• 4.2.1 雙目測(cè)距原理簡(jiǎn)介52-53
• 4.2.2 攝像頭標(biāo)定原理簡(jiǎn)介53-57
• 4.2.3 基于MATLAB的攝像頭標(biāo)定實(shí)現(xiàn)57-58
• 4.2.4 指尖深度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)效果58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 嵌入式虛擬鍵盤的實(shí)現(xiàn)60-68
• 5.1 雙目攝像頭的打開60-61
• 5.2 鍵盤邏輯的判斷61-64
• 5.2.1 鍵盤按鍵定位62
• 5.2.2 指尖狀態(tài)識(shí)別62-64
• 5.3 鍵盤模擬與嵌入式移植64-66
• 5.3.1 模擬鍵盤事件64-65
• 5.3.2 嵌入式系統(tǒng)移植65-66
• 5.4 虛擬鍵盤性能測(cè)試66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 總結(jié)與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果72-73
• 致謝73-74
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見74

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