❶ 手勢輸入方式的手勢識別的原理
手勢是指在人的意識支配下,人手作出的各類動作,如手指彎曲、伸展和手在空間的運動等,可以是
收稿日期: 2000 - 05 - 15
基金項目: 行業基金項目(院編96311)
作者簡介: 曾芬芳(1940 - ) ,女,湖南益陽人,華東船舶工業學院教授。
執行某項任務,也可以是與人的交流,以表達某種含義或意圖。基於手勢識別的三維交互輸入技術,常
用的有基於數據手套的和基於視覺(如攝象機) 的手勢識別。
人手有20 多個關節,其手勢十分復雜,在VR(Virtual Reality) 中的交互過程,需分析手勢的形成並
識別其含義。如用戶以自然方式抓取環境中的物體,同時還可以對用戶產生相關的感知反饋,如對具有
力反饋的手套,就能使人感知到抓取的物體的重量,對有觸覺反饋的手套,能感知到用戶所碰到的物體
的質感,如毛毯有多粗糙等。所以計算機要能對人手運動的靈活、復雜的手勢進行識別是一項艱難而又
十分有意義的任務。
手勢的分類早在40 年代,心理學家Quek[7 ] . ,Pavlovic[8 ]等人從人機介面的角度對手勢進行研究,
按其功能分為:
手的運動
無意識的手運動
有意識的手運動(手勢
交流手勢
表動作
表符號(手語)
引用手語(如表示數字)
情態手勢
執行任務(如抓握錘) 手勢不但由骨胳肌肉驅動,而且還受人的信念、意識的驅使,它涉及到人的思維活動的高級行為。
人機交互的研究目的之一是使機器對人類用戶更方便,從用戶產生手勢到系統「感知」手勢的過程[9 ]如
圖1 所示。
圖1 系統「感知」手勢的過程
Fig. 1 Process of sensing gesture by the system
手的運動,是手勢的表現形式。用戶的操作
意圖是用戶要完成任務的內容, 即用戶心理活
動(概念手勢) G ,經過運動控制(變換) ,用手勢
運動H 表達。由經感受設備(變換Thi) 將手的
運動H 變換為系統的輸入信息I ,所以從G到I
的映射過程為:
Tgh : G → H , 即H > Tgh ( G)
Thi : H → I , 即I > Thi ( H)
Tgi : G → I , 即I > Thi ( Tgh ( G) ) > Tgi ( G)
其中, Tgh 為人體運動控制傳送函數; Thi為輸入設備傳送函數。
手勢識別的任務就是從系統輸入I 推斷、確定用戶意圖G ,顯然是以上映射的逆過程。即
G = T- 1
gi ( I) ( 1 )
H = T- 1
hi ( I) ( 2 )
G = T- 1
gh ( H) ( 3 )
其中, T- 1
gi , T- 1
hi , T- 1
gh 是Tgi , Thi , Tgh 的逆變換。
所以手勢識別可以採用H = T- 1
hi ( I) 時輸入信息I ,得到手的運動H ,再由G = T- 1
gh ( H) 手勢的表
示推斷用戶手勢的概念意圖,也可直接從G = T- 1
gi ( I) 求得概念手勢G。
手勢識別分為靜態手勢和動態手勢的識別,目前的研究大都是在線靜態手勢識別,如Lee 研究的就
是靜態孤立手勢[10 ] 。動態手勢識別難度大,一般採用關鍵幀方法,記錄每個手勢的始和終狀態及手勢的
運動軌跡,然後用內插演算法重建幀,但仍需給予限制,如Davis研究的動態手勢識別就規定開始時手必須
朝上等。 手勢的語法信息是通過手的構形、手的運動變化來傳遞。為了
給用戶提供必要的視覺反饋信息, 使其在交互過程中看到自己的手
(圖2 是用3DSMAX 繪制) ,同時也為了分析交互過程中手和虛擬對
象之間的相互作用關系,必須建立手幾何模型和運動學模型。 人手是一個多肢節系統, 由27 塊骨骼組成, 可看成由4 個相鄰
手指、一個大拇指和手掌組成, 每個手指由指段和關節組成。因此手
是一種由關節相連的結構, 隨著關節運動, 手的形狀在不斷變化。這
種變化可以通過指段和關節的狀態空間位置的變化來描述[11 ] 。
每一個手指( Ⅱ - Ⅴ) 具有四個自由度,其中手指的
基部(MP) 有兩個自由度,彎曲和旋轉,手指的中間關節處(PIP)
和末端關節處(DIP) 分別各有一個自由度,主要是彎曲運動。大拇
指除了與其他四個手指一樣具有四個自由度外, 還有一個外展運
動,所以大拇指具有五個自由度(拇指和手掌之間的一節也可不考
慮) 。外加手掌的前後左右運動二個自由度。所以手運動總共具有
23 個自由度,即狀態空間為23 維。
從上述的分析可知,除大拇指外每個手指都具有四個自由度,
從而可以建立一條鏈,以協調手指的機構及運動。整個手可以以手掌為基礎鏈接五個手指( Ⅰ - Ⅴ) ,在
指段MP 上鏈接指段PIP ,再鏈接指段DIP ,每條鏈可以獲取四個參數。從而五個手指以手掌為根節點構
成一個樹型結構,樹中的每一個節點代表一個關節,關節通過指段具有相互關聯的運動特性。
212 手勢的輸入
手勢的輸入是實現手勢交互的前提。它要求能夠有效地跟蹤手的運動, 又要方便用戶手的運動, 既
要求准確確定手的位置、方位、手指彎曲角度,又要求對手的運動限制很少。就目前而言, 手勢的輸入有
基於數據手套的和基於視覺(攝象機) 等兩種方式。
21211 基於數據手套的手勢輸入
基於數據手套的手勢輸入[12 ] ,是根據戴在手上的具有位置跟蹤器的數據手套利用光纖直接測量手
指彎曲和手的位置來實現手勢輸入的。本文使用5DT 公司生產的不帶位置跟蹤器的5th Glove 右手數據
手套,每個手指中間關節有一個感測器用於測量手指的平均屈伸度,在手腕部位還有一個2 軸傾斜感測
器測量手的轉動(繞Z 軸旋轉) 和傾斜(繞X 軸旋轉) 兩個角度,以探測手的上下擺動和旋轉。該手套共
帶有七個感測器,因此同一時刻只能讀出七個角度值。5th Glove 還提供命令、報告數據、連續數據、模擬
滑鼠等工作方式,可定義一指、二指和三指( Z 軸) 等手勢來控制虛擬手的飛行、視點、運動速度等。
5th Glove 數據手套通過串列介面與微機連接在一起,以傳送手運動信號,從而控制手動作。它能將
用戶手的姿勢(手勢) 轉化為計算機可讀的數據, 因而使手去抓取或推動虛擬物體。人手在運動過程中
會碰撞物體,所以在系統中,虛擬手的交互操作除了實現抓取和釋放物體等功能外, 還需實現了碰撞的
檢測。
21212 基於視覺的手勢輸入
基於視覺的手勢輸入是採用攝象機捕獲手勢圖象,再利用計算機視覺技術對捕獲的圖象進行分析,
提取手勢圖象特徵,從而實現手勢的輸入。這種方法使用戶手的運動受限制較少,同時用戶還可以直接
看到手的圖象。基於視覺的輸入所輸入的原始數據是手的圖象,採用重建三維模型來構建手勢圖象,調
節模型參數如手指彎曲角度的夾角等,以合成手的三維圖形。根據手生成的圖形和已獲得的手圖象匹
配,所得到的模型參數就構成了手勢。1995 年,Lee J intae 和Kunii Tosiyasv l. 研究用立體圖像數據自動
分析三維手勢[4 ] 。它用攝像機拍攝手的運動圖像,使用輪廓提取邊界特徵進行識別的方法,成功地提
取27 個交互作用手參數,實現了三維手勢的重構。其實早在1981 年, Kroeger 採用兩個攝象機實現了
一個獲取手勢的系統,它通過用戶的手在與滑鼠墊一般大小的「鏡象盒」的3D 空間中來完成交互。兩
個鏡子被放在大約與前平面成45 度角的位置上,兩個鏡子代替單個鏡子產生了一個虛擬視點,加上兩
垂直平面上的兩個攝象機共三個視點相交成直角,以提供給用戶一個確定的工作空間,在這個空間內允
許用戶與計算機交互。
❷ 什麼是手勢識別
在計算機科學中，手勢識別 是通過數學演算法來識別人類手勢的一個議題。手勢識別可以來自人的身體各部位的運動，但一般是指臉部和手的運動。
❸ 識別交警指揮手勢有什麼技巧
只看交警的最後一個姿勢，按照下面的歌訣判斷不會錯：左舉（左手舉起）停，左右平平（左右手平伸）讓直行。左平右低（右手斜向下）向右行，右平左低（左手斜向下）向左行。左手低低左待轉，右手低低減慢行。左舉右低靠邊停。
❹ 手勢識別技術是什麼
手勢識別技術是利用攝像頭等感應元件，捕捉不同的手勢，根據手勢的形狀等，用晶元運算識別，能智能識別出相應的指令，我們能用一個手勢或多個手勢，進行發出指令，替代了很多傳統的按鍵，是未來的發展趨勢，例如市面上有一款匯春科技的抽油煙機，我們可以通過向左撥動手勢，發出開機指令，手部不再接觸油膩的機身。
❺ 新交通警察手勢怎麼識別
1、停止信號：當交警舉手朝向用戶，無其它動作時就是告訴用戶停止，這時就應該靠邊行駛。
2、直行信號：交警做出先是倆胳膊張開，右手彎曲胸前允許右直行通過，兩手成0度，這時就只能直行，而不能轉彎。
3、左轉彎信號：右臂向前平伸，掌心向前，左臂與手掌平直向右前方擺動，掌心向右，准許車輛左轉彎，在不妨礙被放行車輛通行的情況下可以掉頭。
4、右轉彎信號：左臂向前平伸，掌心向前，右臂與手掌平直向左前方擺動，手掌向左，准許右方的車輛右轉彎。
5、左轉彎待轉信號：左轉彎待轉就是左手上下擺動，注意就是只有一隻手在一側動，這是只能左轉。
(5)手勢識別知識大全擴展閱讀：
交通事故注意事項：
1、應比照道路交通事故案進行調查、取證：對非道路交通事故進行現場勘察，對證人、當事人進行詢（訊）問，對車輛的檢驗以及傷員的救治等前期處置，均可以比照道路交通事故的處理方法進行。
2、不能進行責任認定：對非道路交通事故，不能進行責任認定，只可以形成公安機關的調查結論，調查結論可對事故進行成因分析，並告知當事人，其損害賠償應向人民法院提起民事訴訟。
3、對當事人的處罰不能適用交通管理法律法規：《道路交通事故處理辦法》規定的各種處罰，不能適用於非道路交通事故的當事人，否則將可能引起行政訴訟。
❻ 手勢識別到底有哪些用處
手勢識別一般用在智能設備控制 可以想像下用手來控制設備進行操作 比如說智能家居 智能汽車駕駛手勢調控
❼ 常見的手勢含義
拇指和食指合成一個圈，其餘三個手指頭伸直或者略屈（OK手勢）。 中國和世界很多地方：零或三;美國、英國：OK，即贊同、了不起的意思;法國：零或沒有;泰國：沒問題、請便;日本、緬甸、韓國：金錢;印度：正確、不錯;突尼西亞：傻瓜。
食指和中指上伸成V形，拇指彎曲壓於無名指和小
指上。 世界大多數地區：伸手示數時表示二，用它表示勝利據說是二戰時期英國首相丘吉爾發明的。不過在表示勝利的時候，手掌一定要向外，如果手掌內向，就是貶低人、侮辱人的意思了。在希臘，做這一手勢的時候，即使手心向外，如手臂伸直，也有對人不恭之嫌。
左手或者右手握拳，伸直食指。 世界上大多數國家：數字一;法國：請求提問;新加坡：最重要;澳大利亞：請再來一杯啤酒。
舉大拇指。 中國：好、了不起，有贊賞、誇獎之意;義大利：數字一;希臘：拇指向上表示「夠了」，向下表示「厭惡」、「壞蛋」;美國、英國、澳大利亞等國：好、行、不錯。