一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法及切换滤波系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法及切换滤波系统，该方法包括如下步骤：步骤一、在计算机上建立基于四点梯形标定算法的控制平台；步骤二、采用Kinect传感器检测操作者在投影互动面四个角的操作点的位置坐标并传输到计算机中；步骤三、在控制平台上选定步骤二中检测到的四个操作点对其进行跟踪定位，并利用四点梯形标定算法进行校正，使得Kinect传感器的检测范围与投影互动面的范围保持一致。该切换滤波系统包括复数个并列的子系统和通过切换规则与各子系统的输出端连接并择一输出的控制器。本发明专利技术通过自主开发的大屏互动投影系统的人机交互触控实验平台对互动平面进行设置与四点标定，进而达到精准定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法及切换滤波系统
本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法及切换滤波系统。
技术介绍
大屏幕交互式设备给人类带来了一种过去任何交互方式都不曾带来的神奇交互体验，系统能够营造出一个亦真亦幻的虚拟场景，当参与者置身其中时，就可以直接通过语音、肢体动作、手势甚至眼球、嘴唇的细微动作直接与虚拟环境进行交流或操作，而不需要借助鼠标、键盘等输入设备或者手机等移动终端来发号施令。大屏幕交互式设备已被广泛地运用在教学互动、商业广告、游戏娱乐等不同领域，观众在系统中能够主动地获取信息并身临其境地融入到设定的环境中去。从用户体验角度来说，这种人机交互方式能够充分调动观众的积极性，起到良好的传媒互动效果。在人机互动过程中，往往会出现深度图像互动系统中的传感器感应检测范围与投影互动区域存在偏差的问题，这会导致精度不高，跟踪轨迹漂移，进而使得人机互动效果较差。另一方面，本领域目前的研究致力于开发一种低成本、便捷、精准的人机互动投影系统——基于Kinect深度图像的人机互动投影系统，并对其性能做出优化改进。作为低成本、操作便捷的深度相机，Kinect为大屏幕互动投影系统的研究提供了崭新的广阔空间，但由于Kinect采集的深度图像比较粗糙，自带的机器学习RGB-D跟踪算法也不是很精确。因此，如何提高大屏人机互动系统的精确度、鲁棒性和实时性是个关键技术问题。为了实现大屏幕多点触控的精确定位与自动校准，整体控制系统的互动范围设置与投影互动面标定是实现稳定控制的关键，也是分析控制系统精准度的前提条件。如何利用3D传感器数据扫描实现精确定位并建立互动位置对应关系至关重要。为达到预期精准的多点互动，设计基于红外感应、机器视觉等技术的人机交互触控实验平台进行多点触控互动区域的自动校准与精确定位，始终是一个具有挑战性的问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法及切换滤波系统，通过自主开发的大屏互动投影系统的人机交互触控实验平台对互动平面进行设置与四点标定，进而达到精准定位。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法，包括如下步骤：步骤一、在计算机上建立基于四点梯形标定算法的控制平台；步骤二、采用Kinect传感器检测操作者在投影互动面四个角的操作点的位置坐标并传输到计算机中；步骤三、在控制平台上选定步骤二中检测到的四个操作点对其进行跟踪定位，并利用四点梯形标定算法进行校正，使得Kinect传感器的检测范围与投影互动面的范围保持一致。上述技术方案中，所述控制平台包括位于左侧的Kinect传感器检测图像显示窗口和位于右侧的跟踪定位显示窗口。上述技术方案中，所述Kinect传感器检测图像显示窗口和跟踪定位显示窗口之间还设有一可上下调节的滚轮。上述技术方案中，所述Kinect传感器经USB数据线连接到计算机。一种切换滤波系统，该切换滤波系统包括复数个并列的子系统和通过切换规则与各子系统的输出端连接并择一输出的控制器，所述控制器输出的切换信号中引入贝叶斯估计原理。上述技术方案中，所述切换滤波系统包括并列的自适应中值滤波切换子系统和联合双边滤波切换子系统。上述技术方案中，所述自适应中值滤波切换子系统中包括均值滤波器。上述技术方案中，所述联合双边滤波切换子系统中引入一个导向图作为值域权重的计算依据。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1.本专利技术通过自主开发的大屏互动投影系统的人机交互触控实验平台对互动平面进行设置与四点标定，进而达到精准定位；同时基于3D互动软件系统的实验与对比分析，相比于传统光学梯形校准算法，本专利技术提出的标定算法在跟踪正确率和跟踪时间上均具有较大优势，达到了精准定位和实时互动控制；2.本专利技术在基于3D传感器Kinect的图像系统噪声滤波过程中，提出了一种基于贝叶斯估计切换规则的互动系统切换滤波方法，针对每帧图像受到的主要噪声(椒盐噪声和高斯噪声)，通过合适的切换规则切换到适合该噪声的子滤波系统，从而图像滤波系统在精确度和实时性之间实现平衡；通过主观评价、客观评价及运行时间三方面进行相关的仿真实验验证与对比分析，达到了良好的滤波效果。附图说明图1是本专利技术实施例一的互动控制软件界面示意图。图2是本专利技术实施例一的四点梯形标定算法的原理图。图3至8是本专利技术实施例一的对梯形投影面进行位置校准的示意图。图9是本专利技术实施例一的切换滤波系统结构示意图。图10是本专利技术实施例一的贝叶斯估计结构图。图11是本专利技术实施例一的按需采样窗口示意图。图12是本专利技术实施例一的改进的自适应中值滤波算法结构图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法，包括如下步骤：步骤一、在计算机上建立基于四点梯形标定算法的控制平台；步骤二、采用Kinect传感器检测操作者在投影互动面四个角的操作点的位置坐标并传输到计算机中；步骤三、在控制平台上选定步骤二中检测到的四个操作点对其进行跟踪定位，并利用四点梯形标定算法进行校正，使得Kinect传感器的检测范围与投影互动面的范围保持一致。上文中，本专利技术利用Kinect传感器获得操作者的动作信息并通过USB数据线传递到计算机中，计算机上自主开发的互动控制软件(即控制平台)运行后将识别内容上传至应用层，触发相关事件以实现人机交互。本专利技术的人机交互触控实验平台通过借助投影仪在任意墙面或幕布投影构成了投影互动面。其中，Kinect传感器的固定范围为待互动屏幕上方1～3m，距离墙面5～6cm，投影仪置于投影互动面正前方，通过调整投影仪距离投影互动面的距离来调整投影面大小。操作者站在互动区域内通过手部的点击、挥动、旋转等对投影互动面进行操作。Kinect传感器连接在计算机上，互动控制软件界面设计如图1所示，勾选Monitoring选项以及左下角的Available选项，根据实际操作情况确定界面的Maximumdepth和Minimumdepth(投影底部和顶部深度)，左右画面中间的滚轮可上下调节，确定互动投影操作面距离墙面的距离，在出现的绿线以内靠近墙面的范围皆为有效操作范围。界面左侧是Kinect传感器检测图像显示窗口，右侧是跟踪定位显示窗口，互动投影面为倒梯形。本实施例中，所述四点梯形标定算法的原理如图2示，对图2中所示大梯形ABCD作微分处理，将其分为N块，示例中N＝4，即将大梯形ABCD切分为4部分小梯形。点X(x,y)为为校正前操作点坐标，点X0(x0,y0)为校正后的实际操作点位置。具体实施步骤如下：(1)首先，对大梯形ABCD四角定位，确定四角A(x1,y1)，B(x2,y1)，C(x3,y2)，D(x4,y2)的坐标。(2)由N＝4，N为变量，可由此确定小梯形各横向的中点O,P,Q的y值。(3)其次，再次定位，根据已知的O,P,Q三点的y值，即y7，y8，y9，通过编辑软件在同一y值上对存在畸变的投影互动面的左右边缘进行检测，确认E,F,G,H,I,J六个端点坐标。从而得到4个已知端点的梯形。(4)针对小梯形ABFE：①若且则判断梯形ABFE为倒梯形。所以界面设置条件需同时满足以下条件：y1<y<y7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在计算机上建立基于四点梯形标定算法的控制平台；步骤二、采用Kinect传感器检测操作者在投影互动面四个角的操作点的位置坐标并传输到计算机中；步骤三、在控制平台上选定步骤二中检测到的四个操作点对其进行跟踪定位，并利用四点梯形标定算法进行校正，使得Kinect传感器的检测范围与投影互动面的范围保持一致。

【技术特征摘要】
1.一种基于四点梯形标定算法的人机互动方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在计算机上建立基于四点梯形标定算法的控制平台；步骤二、采用Kinect传感器检测操作者在投影互动面四个角的操作点的位置坐标并传输到计算机中；步骤三、在控制平台上选定步骤二中检测到的四个操作点对其进行跟踪定位，并利用四点梯形标定算法进行校正，使得Kinect传感器的检测范围与投影互动面的范围保持一致。2.根据权利要求1所述的基于四点梯形标定算法的人机互动方法，其特征在于：所述控制平台包括位于左侧的Kinect传感器检测图像显示窗口和位于右侧的跟踪定位显示窗口。3.根据权利要求2所述的基于四点梯形标定算法的人机互动方法，其特征在于：所述Kinect传感器检测图像显示窗口和跟踪定位显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：余雷，侯君怡，张永举，张伟，李长頔，徐浩楠，方一凡，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32