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毕业设计-基于特定手势的人机交互系统的设计与实现—预处理与特征提取，共28页，15328字，附开题报告等
主要内容
基于特定手势的人机交互算法研究，是为开发一个关于手势识别系统的软件。对于手势识别系统的分类，一般根据手势的采集设备把手势识别系统分为两类：基于数据手套的手势识别系统和基于视觉的手势识别系统。我们主要研究的是后者。随着计算机视觉技术的发展，出现了基于视觉的手势识别技术，它通过摄像机采集手势的视觉信息，从视频图像中提取手势，并进行识别，用户无需佩戴任何设备，可以直接与计算机进行交互。与基于数据手套的手势识别技术相比，从视觉信息中要完整地恢复出原始的手势信息难度相对较高，可识别的手势数量和识别率、实时性方面还不能达到基于数据手套的手势识别的效果。但是，基于视觉的手势识别技术具有输入设备成本低，对用户限制少，人手处于自然状态，使人能够以自然的方式与计算机进行交互的优点，符合人机交互技术发展的方向，也是手势识别技术发展的趋势和目标。
我们的项目实现了一个利用视频手势提取进行人机交互的原型系统，大致可分为四个部分：视频采集和分离、图像预处理、手势提取和识别、人机交互。其中的关键部分是手势的提取和识别，手势提取需要采用图像处理的方法，而手势势识别采用的则是决策树的方法，通过对手势几何特征的分析和决策来判定手势类型。
这个项目我感觉比较实用，交互式系统的发展趋势正逐渐从“以机器为中心”转移到“以人为中心”、“人机和谐交互”的方向上。而“以人为中心”的人机交互就是通过模拟与人类类似的感知类型进行信息传递，这些研究包括人脸识别、面部表情识别、唇读、头部运动跟踪、手势识别等等。而基于视觉的手势交互方式的应用十分广泛。例如：辅助聋哑人的生活，通过手语界面减少聋哑人生活的障碍；另外，在我们玩的一些游戏设备中，交互设计领域也有所应用；还有一些人手手势在虚拟世界漫游的界面系统等等，不禁感叹，我们已经迈入了一个新的时代

中文提要
人机交互（Human-Computer Interaction）主要研究人、计算机以及彼此之间互相交流的有关技术。近年来，计算机与人类日常生活联系越来越紧密，新的硬件和应用不断涌现，然而人机交流方式仍然局限于键盘、鼠标及激光笔等，这些交互方式虽然很方便，但它们限制了人机交流的速度和自然性。因而，基于手势的人机交互系统逐渐成为人机交互的研究热点，在计算机游戏、机器人控制和家用电器控制等方面具有广阔的应用前景。
手势的使用是一种重要的人机交互方式。手势一般会代表一定的信息，因此需要对手势进行识别，得到其表达的含义，从而进行响应。
本项目需要实现一个利用视频的特定手势提取进行人机交互的系统，大致可分为四个部分：视频采集和分离、图像预处理、手势提取和识别、人机交互。本文重点研究基于特定手势的人机交互系统中的手势图像的预处理、手势特征的提取两方面。图像预处理包括图像增强、图像分割和图像形态学处理。首先对输入的图像进行平滑、锐化处理，然后采用基于灰度图像的阈值分割方法，从图像中分割出手势信息，最后将得到的手势部分图像进行膨胀和腐蚀处理，达到最佳的手势分割效果。手势提取采用了YCbCr、HSV综合使用的方法，最终达到较好的效果。
关键词：人机交互；图像预处理；肤色检测；手势轮廓提取

ABSTRACT
Human—Computer Interaction (HCI) is the technology of researching the communication of human and computer. Computers have been so tightly integrated with our everyday life that their new applications and hardware had been constantly introduced. However, the man-machine interfaces mostly used at present are generally limited to keyboards, mice, light pen etc. Though convenient for people, these devices have their inherent limits in the speed and convenience with which we interact on computers. Recently, more and more interests are focus on the system of a particular gesture human-computer interaction, which had shown its potential application in computer games, robot control and household appliances control etc, for man-machine interface.
The use of hand gestures has become an important part of human computer interaction in recent years. Besides, the gestures represent some information, so what we need to do is founding them. In this thesis, it mainly involved the analyses of static gesture, and we must find the inherent clue, if we get it, then we can respond to it. In this project, the whole project can be separate into four parts: capturing and separating the video、image Preprocess、acquiring and recognizing the gesture、the human computer interaction.
What’s more, this thesis presents a system of a particular gesture human-computer interaction from points of pre-processing, feature extraction. Preprocessing hand gesture image is composed of three parts: image enhancement, image segmentation and morphological image processing. The thesis firstly performs image smoothing and sharpening; then gets the binary version of the images by the means of a gray level threshold algorithm. After that, to get a better binary image the system takes the operation of morphological filtering. In the part of feature extraction, we use the method of combination of YCbCr and HSV, and ultimately, we achieve better results.
Keyword：Human-computer Interaction; Image Processing; Color Detection; Gesture Contour Extraction

目录
第一章 绪论 - 5 -
1.1 研究背景和意义 - 5 -
1.2 论文结构安排 - 7 -
第二章 图像获取和预处理 - 8 -
2.1 彩色模型 - 8 -
2.1.1 RGB色彩空间 - 8 -
2.1.2 YCbCr色彩空间 - 9 -
2.1.3 HSV色彩空间 - 9 -
2.1.4 三种颜色模型的比较 - 10 -
2.2 几种常用的图像预处理方法 - 10 -
2.2.1 图像灰度化处理 - 10 -
2.2.2 图像平滑 - 11 -
2.2.3 图像二值化处理 - 13 -
2.2.4 图像形态学处理 - 14 -
第三章 手势特征提取 - 16 -
3.1手势检测概述 - 16 -
3.2 经典图像分割方法 - 16 -
3.2.1 阈值分割法 - 16 -
3.2.2 基于边缘检测的分割方法 - 17 -
3.2.3 基于区域和边界技术相结合的分割方法 - 17 -
3.2.4 基于神经网络算法的图像分割 - 17 -
3.3手势检测常用方法 - 18 -
3.4手部的检测算法 - 19 -
3.4.1 基于椭圆模型的肤色分割算法 - 19 -
3.4.2 基于椭圆模型的肤色分割算法的实现 - 20 -
第四章 基于特定手势的人机交互系统的设计 - 22 -
4.1 系统的概要设计 - 22 -
4.2系统的详细设计 - 23 -
4.2.1 视频采集模块 - 24 -
4.2.2 视频帧预处理 - 24 -
4.2.3 肤色判定 - 24 -
4.2.4 手部图像分割 - 24 -
4.3 系统的界面设计 - 25 -
第五章 总结 - 27 -
致谢 - 28 -
参考文献 - 29 -

论文结构安排
本文共分为五个章节，重点阐述了基于特定手势的人机交互系统中的手势图像的预处理、手势的特征提取两方面，并简单介绍了手势识别系统的实现方法。
第一章为绪论，主要概括了本文的研究背景和意义。
第二章介绍了图像获取和预处理的方法，并对各种方法进行分析比较，同时根据本项目的需求进行选择。
第三章介绍了手势特征提取的几种方法，并进行分析比较，同时根据本项目的需求进行选择。
第四章简单介绍了整个基于特定手势的人机交互系统的设计和实现。
第五章为总结部分，概括了本文所做的研究。