手势图像的特征提取与识别开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目的及意义：

随着计算机技术的飞速发展与信息时代的到来，计算机越来越深入我们的生活，从计算机上我们可以获取我们需要的信息，因此人机交互技术成为了当前最热门的研究课题之一，并且人机交互技术正在从以计算机为中心逐步转移到以人为中心。如何建立和谐自然的人机交互环境，使用户可方便地以人类所熟知的方式使用计算机是我们急需解决的难题。传统的人机交互方式由当初的只有键盘输入到目前的鼠标、遥杆、无线输入设备等等都大大的便利了人们与计算机之间的交互，使得人们能够更方便的操作计算机，从而能够快速的完成一定的任务，然而这些交互方式既要依赖额外的输入设备，又不符合人们的交互习惯，因此并未能完全满足人们与计算机交互的需要。随着计算机技术的进步，特别是图像处理和识别技术的进步，人们的目光不再局限于传统输入方式的改进上，如何利用人自身的生物特征，让人与计算机直接进行交互成为当前人机交互的研究热点。这种利用人的生物特征进行人机交互的领域统称为生物识别。

目前，人体可以利用的特征主要包括人脸、指纹、掌纹、手势、虹膜及步姿步态等，而这些特征主要应用于信息安全及身份识别等较窄的领域。由于人手的特殊性，所以在人类日常交际活动中发挥重要作用的手势，已经被当做一种最自然、直观而又易于学习的人机交互手段进行广泛研究。其中，人手是人体最灵活的部位，可以表达丰富多变的含义，手语是人们日常生活中的第二语言。由此，想到将人的手势作为人机交互的手段，相比其他人体特征而言更为自然、直接、丰富。另外，相对于传统的人与人之间丰富多彩的交互方式，人们与机器的交流往往没有表情，没有动作，机械呆板不自然。因而，使机器能够感知人体语言，对于提高人机交互水平和加强人机接口的可实用性具有不可估量的意义。而手势具有很强的视觉冲击和效果，它生动、形象、直观，并且富含大量的交互信息，有着与口语、书面语言等自然语言相同的表达能力，是人体语言的一个重要组成部分，因此它完全可以充当人机自然交流的手段，在人机交互领域中起到至关重要的作用。然而由于人手本身是一个复杂的可变形体，而且手势具有多样性、多义性及不确定性，因此这是一个极富挑战性的多学科交叉的研究课题，是近年来人机交互的研究热点及难点。研究手势识别对于改善人机交互的意义很大。

2. 研究的基本内容与方案

目前，然手势识别系统的研究已取得很大的进展，并且在不同的领域有着较高的识别率，但是手势识别还是存在着一些难点带我们去解决。

在不同的应用环境下，手势往往含有多种含义，具有多种表示方式，在时间和空间上也具有较大的差异性，这些特点决定了手势识别研究任务的艰巨性，另外，由于人手是复杂变形体具有柔软性以及计算机视觉的不适应，增加了手势识别技术研究难度，这就要求我们在不同应用环境下分析各种手势的几何特征，选取正确的特征向量才行。本文以普通表示数字0到9的手势作为研究的样本。在进行手势分割时，由于客观环境的影响，如光照强度和角度的变化、手势动作的旋转和平移、手势背景的复杂性（例如类肤色的事物存在于背景中）等因素的存在使得手势区域的位置检测不够准确或者发生偏离，这就增加了准确分割目标图像的难度。因此，对于基于只拥有单个普通摄像头的计算机来说，要在复杂背景下像人眼一样正确的分割出手势，目前还存在很大的困难，这就迫使我们在手势识别系统的实际开发和设计过程中，对环境强加了一些限制。最后，针对不同类型的手势计算不同的不变矩作为基本的特征向量进行分类识别则是手势识别的另一大难点[29]。目前已有hu不变矩、legendre矩、tchebichef矩和zernike矩在图像识别方面的研究，各有各的特点，效果一般，而且在计算不变量的过程相对来说比较复杂，本文将分析传统的离散几何不变矩，求出七个不变量，选择其中四个作为识别参数。总的来说，会从以下三个关键点来研究手势识别技术。

（1）如何建立一个简单实用的手势模型，并且提高手势分割的精确度，获取更多的有效特征参数；

3. 研究计划与安排

第1－2周：开题阶段，提交开题报告，截止上传时间，撰写开题报告，至少提前3天上交给指导老师或相应指导的研究生，返回修改后提交。

第3－5周：设计阶段，熟悉掌握基本理论，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。

第6－9周：目前系统的进度与时间安排还未调整，积极关注时间安排，及时上传所需文档。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]赵莹，手势图像特征提取与识别技术研究。2015

[2]赵衍运，图像对象特征提取与识别。2009

[3]程小鹏，基于特征提取的手势识别技术研究。2012