一種具有3d攝像組件的虛擬現(xiàn)實交互設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及人機交互技術，尤其涉及一種具有3D攝像組件的虛擬現(xiàn)實交互設備。
【背景技術】
[0002] 隨著移動計算設備從筆記本電腦到手機、平板電腦的演化，移動計算設備的操控 方式也經(jīng)歷了從鍵盤、鼠標到手機按鍵、手寫板，再到觸摸屏、虛擬鍵盤的進化，可以看到， 移動設備的操控方式是朝著越來越直觀、簡便，并且符合人的自然習慣的方向進化的。
[0003]目前在移動計算設備上廣泛使用的基于觸摸屏的操控方式，技術上是將一塊透明 的觸摸感應屏和顯示屏貼合在一起，觸摸感應屏實質(zhì)上是一個定位裝置，能夠捕捉到屏幕 上的觸摸動作并獲取其位置，同時結合時間軸信息，將動作識別其為點觸、長觸、滑動等動 作之一。進而將位置和動作信息作為指令傳遞給移動計算設備，移動計算設備基于該指令 做出相應的操作反應。由于觸摸感應屏與顯示屏是疊加在一起的，因此帶給使用者"所點即 所想"的使用感受，相比鼠標、觸控板等定位設備需要通過光標反饋位置的輸入方式，屏幕 觸控方式帶來更好的使用體驗。
[0004] 屏幕觸控方式相比鍵盤加鼠標的方式，更加符合人的直觀反應、更容易學習，但是 屏幕觸控方式畢竟只捕捉到了人體手指的動作，在一些需要更多使用者本體信息輸入的場 合，比如運動游戲、模擬訓練、復雜操控、遠距離操控等，屏幕觸控方式就顯示出其捕獲人體 信息過于單一的局限性了。
[0005] 目前，現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實交互技術通常是利用諸如鼠標、按鍵等常規(guī)輸入方式來與 設備進行交互，使得輸入方式過于有限，由此導致用戶在進行功能選擇或執(zhí)行時，操作較為 繁瑣，用戶體驗較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在下文中給出了關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本 理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的 關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概 念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0007] 鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有3D攝像組件的虛擬現(xiàn)實交互設備，以至少解決現(xiàn) 有的虛擬現(xiàn)實交互技術的輸入方式有限以及用戶在進行功能選擇或執(zhí)行時操作較為繁瑣 的問題。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有3D攝像組件的虛擬現(xiàn)實交互設備，該虛 擬現(xiàn)實交互設備包括3D攝像組件、頭盔式虛擬現(xiàn)實顯示器、信號處理組件以及移動設備接 口，所述3D攝像組件連接至所述信號處理組件；所述信號處理組件連接至所述移動設備接 口，所述移動設備接口連接至所述頭盔式虛擬現(xiàn)實顯示器；所述3D攝像組件用于捕獲含 有深度信息的使用者手部的待測圖像序列，并將所述待測圖像序列發(fā)送給所述信號處理組 件，所述信號處理組件用于基于所述待測圖像序列來獲得所述使用者的手勢，并根據(jù)該手 勢確定對應的操作指令，以對連接至所述移動設備接口的移動設備執(zhí)行該操作指令，所述 頭盔式虛擬現(xiàn)實顯示器用于通過所述移動設備接口接收所述移動設備的屏幕顯示信號，以 將所述移動設備的屏幕以虛擬現(xiàn)實顯示方式呈現(xiàn)于預定顯示區(qū)域。
[0009] 進一步地，所述頭盔式虛擬現(xiàn)實顯示器包括：佩戴部，所述佩戴部可佩戴在使用者 頭部；采集成像部，所述采集成像部設置于所述佩戴部上，并連接至所述移動設備接口以采 集所述移動設備的屏幕顯示信號，來將所述屏幕以虛擬現(xiàn)實顯示方式呈現(xiàn)于所述預定顯示 區(qū)域。
[0010] 進一步地，所述采集成像部包括顯示屏和兩組透鏡組，所述顯示屏為透明材質(zhì)，所 述兩組鏡片組被設置成：當所述虛擬現(xiàn)實交互設備被使用者佩戴于頭部時，所述兩組鏡片 組分別位于使用者對應的視線正前方。
[0011] 進一步地，所述信號處理組件包括：輪廓檢測單元，用于根據(jù)圖像深度信息和圖像 顏色信息，在所述待測圖像序列的每幀圖像中檢測出所述使用者的手部輪廓；特征點序列 確定單元，用于針對所述使用者的每只手，利用預設的手部結構模板，在所述待測圖像序列 的每幀圖像中確定該只手的待測特征點序列；動作識別單元，用于針對所述使用者的每只 手，在多個預設特征點序列中確定該只手的待測特征點序列的匹配序列，以根據(jù)所述匹配 序列確定該只手的動作名稱和位置；手勢識別單元，用于在預設手勢表中選擇與所述使用 者雙手的動作名稱和位置相匹配的手勢，作為已識別手勢；指令確定單元，用于根據(jù)預設操 作指令表，確定與所述已識別手勢對應的操作指令；執(zhí)行單元，用于對與確定的操作指令相 關的設備進行與該操作指令對應的操作。
[0012] 進一步地，所述特征點序列確定單元包括：模板存儲子單元，用于存儲預設的手部 結構模板；模板匹配子單元，用于針對所述使用者的每只手，利用預設的手部結構模板，在 所述待測圖像序列的每幀圖像的手部輪廓中確定該只手的預定數(shù)目個特征點；序列生成子 單元，用于針對所述使用者的每只手，利用該只手在所述待測圖像序列的各幀圖像中對應 的預定數(shù)目個特征點，獲得該只手的待測特征點序列。
[0013] 進一步地，所述模板匹配子單元包括：定位基點確定模塊，其用于針對所述待測 圖像序列的每幀圖像，根據(jù)該圖像中的輪廓線的曲率找到該輪廓線中的指尖點和指根關節(jié) 點，以將所述指尖點作為定位基點；縮放基準確定模塊，其用于針對所述定位基點確定模塊 處理后的每幀圖像，基于該幀圖像中已找到的所述定位基點，匹配每個單指的指根關節(jié)點， 得到各單指的長度來作為尺度縮放的基準；縮放及形變模塊，其用于針對所述縮放基準確 定模塊處理后的每幀圖像，基于已找到的所述指尖點和所述指根關節(jié)點的位置以及各單指 的長度來對相應的所述手部結構模板進行縮放和形變，通過匹配得到每只手的各指關節(jié)特 征點和手腕中點特征點；其中，所述模板存儲子單元存儲的所述手部結構模板包括左手結 構模板和右手結構模板，所述左手結構模板和右手結構模板各自包括：各手指的指尖特征 點、各指關節(jié)特征點、各指根關節(jié)特征點、手腕中點特征點以及各特征點之間的拓撲關系。
[0014] 進一步地，所述動作識別單元包括：分割子單元，用于針對每只手的待測特征點序 列，根據(jù)預定時間窗將該待測特征點序列分割為多個子序列，并獲得每個子序列對應的平 均位置；匹配序列確定子單元，用于針對每只手對應的每個子序列，將該子序列與所述多個 預設特征點序列中的每一個分別進行匹配，在所述多個預設特征點序列中選擇與該子序列 的匹配程度高于預設的匹配閾值、并且最大的預設特征點序列，作為該子序列的匹配序列； 關聯(lián)子單元，用于將每個子序列對應的平均位置與該子序列的匹配序列對應的動作名稱相 關聯(lián)；動作名稱確定子單元，用于針對每只手，將該只手對應的各子序列的匹配序列作為該 只手對應的多個匹配序列，并將該多個匹配序列各自對應的動作名稱作為該只手的多個動 作名稱。
[0015] 進一步地，所述手勢識別單元包括：手勢表存儲子單元，用于存儲如下映射列表來 作為所述預設手勢表：該映射列表中的每個映射的左端是一組動作名稱對及每個動作名稱 對的位置；該映射列表中的每個映射的右端是一個手勢；手勢表匹配子單元，用于將所述 預設手勢表中的每個映射的左端與所述使用者雙手的動作名稱和位置進行匹配，其中，動 作名稱的匹配執(zhí)行嚴格匹配，而位置則是通過使用者雙手各自的平均位置計算得到相對位 置信息，進而計算該相對位置信息與映射左端的位置之間的相似度來實現(xiàn)的。
[0016] 進一步地，所述信號處理組件還用于：基于所述使用者每只手的位置獲得所述使 用者手部的模擬圖形，以通過所述移動設備接口將該模擬圖形顯示在所述移動設備的屏幕 上。
[0017] 進一步地，所述信號處理組件用于：根據(jù)所述使用者每只手對應的待測特征點序 列，通過連接骨骼后外延得到該只手的外輪廓圖形，作為該只手的模擬圖形；通過對所述使 用者雙手的相對位置進行平移校準和比例縮放，確定所述使用者的每只手在所述屏幕中的 顯示位置；基于所述使用者每只手的模擬圖形和顯示位置來在所述移動設備的屏幕中顯示 所述使用者手部的模擬圖形。
[0018] 上述根據(jù)本發(fā)明實施例的具有3D攝像組件的虛擬現(xiàn)實交互設備，利用3D攝像組 件捕獲使用者手部的待測圖像序列，以識別使用者的手勢，進而根據(jù)已識別手勢來進行對 移動設備的操控。該虛擬現(xiàn)實交互設備通過移動設備接口采集移動設備的屏幕顯示信號， 從而將其屏幕通過虛擬現(xiàn)實顯示方式呈現(xiàn)于預定顯示區(qū)域。當使用者頭戴該虛擬現(xiàn)實交互 設備時，能夠在位于其視場之內(nèi)的預定顯示區(qū)域內(nèi)看到移動設備屏幕的虛像，并通過手勢 識別的方式與移動設備之間進行人機交互，操控該移動設備。與現(xiàn)有技術不同，本發(fā)明的虛 擬現(xiàn)實交互設備除了可以利用已有的鼠標、按鍵等傳統(tǒng)輸入方式進行人機交互之外，還可 以利用上述手勢識別技術來進行人機交互，豐富了輸入方式種類，且操作較為簡便。
[0019] 此外，本發(fā)明的虛擬現(xiàn)實交互設備在進行手勢識別的過程中，采用動作模版匹配 和動作對與手勢匹配的方式來實現(xiàn)，識別處理的精度高、速度快。
[0020] 本發(fā)明的上述虛擬現(xiàn)實交互設備采用層次化設計算法，算法復雜度低，便于實現(xiàn)。
[0021] 此外，應用本發(fā)明的上述虛擬現(xiàn)實交互設備，當需要改變（例如修改、增加或減少 等）對動作和/或手勢的定義時，可以僅通過調(diào)整模板（即，通過修改預設特征點序列對應 的動作名稱來改變動作的定義，通過增加或減少預設特征點序列及其對應動作名稱來增、 減動作）以及預設手勢表（即，通過修改預設手勢表中手勢對應的多個動作來改變手勢的 定義，通過增加或減少預設手勢表中的手勢及其對應動作來增、減手勢），而不需改變算法 或者重新訓練分類器，大大提高了算法的適應性。
[0022] 此外，本發(fā)明的上述虛擬現(xiàn)實交互設備的實時性強，能夠適合即時交互需求的場 合。
[0023] 通過以下結合附圖對本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu) 點將更加明顯。
【附圖說明】
[0024] 本發(fā)明可以通過參考下文中結合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的 詳細說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進一步舉例說明本 發(fā)明的優(yōu)