三维手姿态建模及其交互系统研究

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1、：４击种乂Ａ著＾硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ＾＾／Ｔｖ＼＇．ｒ＇中參－７、；论支题目兰维手姿态建模及其交互系统妍究学科专业控靠陳瞎為Ｉ程挙－号２０１３２１０７０４０８作者姓名李舅蠢Ｈ指导教师程洪教授Ｖｖ扣请賓：媒類幾两分类号密级注1UDC学位论文三维手姿态建模及其交互系统研究李昊鑫指导教师程洪教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2016.04论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学201

2、6年6月日答辩委员会主席s评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。3DHANDPOSEMIDILINGANDINTERACTIONSYSTEMRESEARCHAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:HaoXinLiAdvisor:Prof.HongChengSchool:SchoolofAutomationEngineering独剑性声明本人声明所呈交的

3、学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作。及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。０作者签名／：：期＞曰寺絲曰＾年少月％论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全

4、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：＿曰期：年ｆ月曰摘要摘要三维手势以其方便、灵活的特性，在人机交互中具有重要的应用价值。三维手势的技术基础就是对手部姿态进行合理快速的建模。本文围绕交互场景下三维手部姿态建模技术进行研究，以手部姿态符合结构约束、算法实时性与复杂性兼得为目的，提出一种分层式手部姿态回归算法，并基于手部姿态设计了一套手势交互应用。本文的主要研究工作如下：针对交互场景下三维手部姿态估计建模技术进行研究，分析了交互场景下

5、三维手势面临的问题难点，以手部姿态拓扑结构约束和算法效率与准确性兼得为目标，在级联式姿态回归算法和手掌骨骼结构的分析基础上，提出从手掌到手指的分层式手部姿态回归算法框架，相比传统方法大大简化了算法的运行复杂度的同时，保证了手部姿态合理的拓扑约束。针对三维手势中手部全局姿态估计问题，本文提出了基于手部深度数据的3D指尖法解决此问题。利用手部深度图像检测出3D指尖的位置，并分别计算出手指三维方向和手掌三维方向，从而实现快速的手部全局姿态的估计。最后与现有的点云PCA方法在公开数据库上进行了实验对比，其中手指三维方向的偏差角度与PCA法基本一致，手掌三维方向角度偏差比

6、PCA法低33%，实现更准确的手部全局姿态估计。针对手指姿态估计问题，本文将手指姿态表述为关节点参数的形式，并基于3DPose-Indexed特征和随机森林实现对手指姿态的初步回归，同时结合深度图像设计出投影特征，利用随机森林实现对手指姿态的校正过程。相比传统级联式姿态回归算法，保证了估计结果的拓扑结构约束的同时算法复杂度降低了1/3。在国际公开数据库MSRAH15中进行对比实验，以平均关节点误差为标准，本文方法比全局方向采用PCA方法的误差要低22%，在校正后下误差仍然能够降低3%。在ICVL数据库中进行实验，本文方法的平均关节点误差为17mm，相比其他方法虽

7、然误差稍大了点，但是估计结果包含拓扑结构约束，且算法复杂度占优。最后以手部姿态为基础设计了一套交互应用，表明三维手势的巨大应用潜力。关键词：三维手势，手姿态估计，全局方向，回归模型，姿态校正IABSTRACTABSTRACT3Dgesturewithitsconvenienceandflexibilityfeatures,hasgreatvalueinHCIapplicationfields.Thecoretechnologyof3Dgestureistheprecisehandpostureestimationandanalysis.Thispaperfocu

8、seson3Dhandg