【正文】 ............................................................................ 11 中值濾波法 ............................................................................................. 12 頻域平滑技術(shù) ......................................................................................... 12 圖像二值化 ........................................................................................................... 12 p參數(shù)法 .................................................................................................. 13 模式法 ..................................................................................................... 13 可變閥值法 ............................................................................................. 13 5 MATLAB 介紹 ............................................................................................................... 14 MATLAB 概述 ...................................................................................................... 14 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV MATLAB 的功能 .................................................................................................. 16 MATLAB 語言特點(diǎn) .............................................................................................. 16 MATLAB 語言的優(yōu)勢 .......................................................................................... 18 MATLAB 數(shù)組與矩陣 .......................................................................................... 20 MATLAB 函數(shù) ...................................................................................................... 21 6 基于 MATLAB 的手勢識別實(shí)現(xiàn)方法 .......................................................................... 23 手勢表現(xiàn)特征分析 ............................................................................................... 23 特征提取 ............................................................................................................... 23 MATLAB 中手勢識別的仿真 .............................................................................. 25 輸入待識別手勢圖片 ............................................................................. 26 判斷輸贏 ................................................................................................. 27 結(jié) 論 .................................................................................................................................... 29 致 謝 .................................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 31 附錄 A 源代碼 ..................................................................................................................... 35 附錄 B 英文原文文獻(xiàn) ....................................................................................................... 38 附錄 B 中文翻譯 ............................................................................................................... 48 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 引言 課題的背景和意義 人與計(jì)算機(jī)的交互活動越來越成為人們口常生活的一個重要組成部分。 近些年來手勢 識別由于其具有非接觸的識別方式、快速的識別過程和穩(wěn)定的識別系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)受到了人們廣泛的關(guān)注。 最后，重點(diǎn)講述了本文應(yīng)用的 手勢識別算法。手勢是一種自然、直觀、易于學(xué)習(xí)的人機(jī)交互手段。 手勢輸入在人機(jī)交互中應(yīng)用的精髓不在于用來獨(dú)立的用作空間指點(diǎn)，而是作為語言、視線、唇語等交互通道提供空間的或其它約束信息，以消除在單通道輸入時存在的歧義，這樣就可以以充分性取代精確性。在基于視覺手勢識別方面，具有代表性的研究成果包括 :1991 年富士通實(shí)驗(yàn)室完成了對 46 個手語符號的識別工作 ； 和 將戴上尖具有高亮標(biāo)記的視覺手套的手勢作為系統(tǒng)的輸入，可識別 7 種手勢 ； Starner 等在對美國手語中帶有詞性的 40 個詞匯隨機(jī)組成的短句子識別率達(dá)到 %； 和 ，采用 HMM 技術(shù)識別 262 個孤立詞，正 確率為 %； 此外， Vogler[6]與 Metaxas 將兩種方法結(jié)合用于美國手語識別，交互采用一個位置跟蹤器及三個互相垂直的攝像機(jī)作為手語輸入設(shè)備，完成了 53 個孤立詞的識別，識別率為 % 。 另外，清華大學(xué)祝遠(yuǎn)新、徐光裕等給出了一種基于視覺的動態(tài)孤立手勢識別技術(shù)，借助于圖像運(yùn)動的變階參數(shù)模型和魯棒回歸分析，提出一種基于運(yùn)動分割的圖像運(yùn)動估計(jì)方法，基于圖像運(yùn)動參數(shù)，構(gòu)造了兩種表現(xiàn)變化模型分別作為手勢的表現(xiàn)特征，利用最大最小優(yōu)化算法來創(chuàng)建手勢參考模板，并利用基于模板的分類技術(shù)進(jìn)行識別，對 12種手勢的識別率超過 90%。 手勢 識別的意義 目前，手勢識別技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)前是比較熱門的研究課題，已經(jīng)有了相當(dāng)豐富的手勢識別理論研究，并有不少的應(yīng)用實(shí)踐。 手勢 識別的主要內(nèi)容 (1) 針對手勢輸入技術(shù)和方法的研究，采用基于計(jì)算機(jī)視覺的手勢輸入方 法，識別自然手勢，使人機(jī)交互更加靈活、方便。 本文采用的識別流程如圖 ： 圖 手勢識別流程圖 輸入圖片 圖片預(yù)處理 特征提取 手勢識別 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 3 手勢圖像的格式及基本操作 為了使計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ω鞣N現(xiàn)象進(jìn)行分類識別，要用計(jì)算機(jī)可以運(yùn)算的符號來表示所研究的對象。因此我們的工作除了熟悉多種格式的圖像文件以外，還包括實(shí)現(xiàn)多種格式圖像文件之間的相互轉(zhuǎn)換，并最終提取出表示圖像的特征向量。 TIFF 與 BMP 圖像格式 TIFF圖像文 件主要由三種數(shù)據(jù)組合而成 ： 表頭、標(biāo)識信息區(qū)和圖像數(shù)據(jù)區(qū)。 TIFF圖像和 BMP圖像在調(diào)色板數(shù)據(jù)方面存在著差異，這在實(shí)現(xiàn)兩種格式圖像的轉(zhuǎn)換時非常重要。這樣所有特定格式圖像數(shù)據(jù)提取與存儲的細(xì)節(jié)將封裝在相應(yīng)的派生類中，對于使用圖像類 （ Cimage） 的用戶來說，只需要知道基類的接口就可以了。假定要剪切圖像左上角位置為 （ left,top） ，右下角的位置為 （ right,bottom） 那么我們只需要調(diào)整圖像的寬度為 （ rightleft） ，調(diào)整圖像的高度為 （ bottomtop） ，從圖像的二維數(shù)組中提取左上角到右下角之間的數(shù)據(jù)。由于成像設(shè)備在讀入手勢圖像時會擴(kuò)大取景范圍，其中含很多無效的像素點(diǎn)，這會影響以后的處理 ，增加計(jì)算量，因此首先完成的是盡可能準(zhǔn)確從讀入圖像中取出包含被測物體的圖像部分，這個過程的主要難度在于判斷圖像是否屬于需要保留的部分，且必需保證其準(zhǔn)確性，否則將會對下一步圖像分析和判斷造成嚴(yán)重的影響。該算法簡單，計(jì)算速度快，但主要缺點(diǎn)是在降低噪聲的同時使圖像模糊，特別在邊沿和細(xì)節(jié)處。 頻域平滑技術(shù) 圖像的平滑除了可以在 空域中進(jìn)行外，也可以在頻域中進(jìn)行。但在實(shí)際中，己知對象所占的面積比率的狀況非常少見，通常都是按照 一定的規(guī)律推算出來例如在書畫作品中，文字部分所占的面積比率一般情況下是可以估計(jì)出來這時用這種方法來處理時比較有效的 。如果在子區(qū)域中同時存在背景和對象物，那么其灰度直方圖呈雙峰，這 時可用模式法等進(jìn)行二值化處理 這種情況下，每個子區(qū)域一般都不相同，這種二值化方法稱為可變閉值法 （ variable threshold selection method） 。與這些語言相比，MATLAB 的語法更簡單，更貼近人的思維方式。以后幾年， MATLAB 作為免費(fèi)軟件在大學(xué)里被廣泛使用，深受大學(xué)生的喜愛。 Math Works 公 司在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)了 MATLAB 的符號計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時控制能力，增強(qiáng)了 MATLAB 的市場競爭力，使 MATLAB 成為市場主流的數(shù)值計(jì)算軟件。這種 軟件的缺點(diǎn)是使用面窄、接口簡陋、程序結(jié)構(gòu)不開放以及沒有標(biāo)準(zhǔn)的基庫，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。 （ 3） 大量的工具箱。 MATLAB一般有 3 種進(jìn)行計(jì)算的方法，第 1 種就如同使用計(jì)算器，直接輸入數(shù)值和運(yùn)算符，立即從屏幕上獲得結(jié)果。各個步驟之間是順序關(guān)系，編程的過程就是在它們之間做瀑布型的循 環(huán)。因而，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴(kuò)充新的庫函 數(shù)，以便提高 MATLAB 的使用效率和擴(kuò)充它的功能。這不僅使 MATLAB 的庫函數(shù)功能更豐富，而且大大減小了所需要的磁盤空間，使得用 MATLAB 編寫的 M 文件簡單、短小而高效。這種為科學(xué)研究著想的設(shè)計(jì)是其他通用的編程語言所不及的。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運(yùn)行。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。另外新版本的沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 （ l）常見數(shù)學(xué)函數(shù) MATLAB 提供了許多內(nèi)建函數(shù)，如對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)等。function39。 [y， i]=min（ x）將數(shù)組 x 中的最小值賦給 y，其所在位置賦給 i 。將這些隨機(jī)數(shù)代人數(shù)學(xué)模型中，可以模擬某種事件出現(xiàn)的概率。 用 MATLAB 函數(shù) randn 可產(chǎn)生正態(tài)隨機(jī)數(shù)，由于正態(tài)隨機(jī)數(shù)并非以上下限來定義，而是用數(shù)據(jù)的平均值和方差來定義，因此在產(chǎn)生正態(tài)隨機(jī)數(shù)時，需設(shè)定平均值和方差的大小。