基于FPGA静态手势识别技术的研究
目录
摘要................................................................ I Abstract ............................................................. II 第一章引言.. (1)
1.1 研究背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.3 处理平台的选择 (3)
1.4 主要研究内容及结构安排 (4)
第二章系统相关知识介绍 (6)
2.1 图像预处理 (6)
2.2 图像分割 (8)
2.2.1 颜色空间的选取 (8)
2.2.2 建立肤色模型及二值化 (10)
2.2.3 数学形态学处理 (10)
2.3 提取特征值 (12)
2.3.1 Hu不变矩 (12)
2.3.2 周长及面积 (14)
2.4 边缘检测算法 (14)
2.5 匹配识别算法 (15)
2.6 本章小结 (16)
第三章系统总体设计 (17)
3.1 FPGA概述 (17)
3.1.1 FPGA设计流程 (17)
3.1.2 硬件平台介绍 (18)
3.1.3 图像传感器 (19)
3.1.4 软件平台介绍 (19)
3.2 总体设计方案 (19)
3.3 图像采集模块设计 (20)
3.4 显示模块设计 (20)
3.4.1 VGA显示原理 (21)
3.4.2 ADV7123编码芯片原理 (22)
3.5 SDRAM存储模块 (23)
3.6 本章小结 (25)
第四章手势识别系统的设计与实现 (27)
4.1 图像采集与显示的设计实现 (27)
4.1.1 采集模块 (27)
4.1.2 VGA显示模块 (30)
4.2 快速中值滤波算法的设计与实现 (32)
4.2.1 模板生成模块 (32)
4.2.2 快速中值滤波算法模块 (33)
4.3 手势图像分割 (34)
4.3.1 肤色模型及二值化 (34)
4.3.2 形态学处理的实现 (35)
4.4 边缘检测的设计与实现 (35)
4.4.1 Sobel算子实现原理 (35)
4.4.2 Sobel边缘检测的实现 (36)
4.5 特征提取的FPGA实现 (38)
4.6 识别算法的FPGA实现 (39)
4.6.1建立样本库 (39)
4.6.2识别算法的FPGA实现 (40)
4.7 识别率测试 (40)
第五章总结与展望 (43)
5.1 总结 (43)
5.2 展望 (43)
参考文献 (45)
致谢 (48)
作者简介 (49)
攻读学位期间发表的论文 (49)
第一章引言
1.1研究背景及意义
电子设备是人们生活工作中重要组成部分，而随着计算机技术及电子产品的研发不断取得新成果，人们对电子设备的要求也在不断提高，在追求功能强大的基础上，对产品的智能化也提出了更严格的要求，人机交互工具作为人与电子设备间信息传递的唯一桥梁，在实际生活工作中扮演着十分重要的角色，传统的人机交互工具以电子设备为中心，在实际操作过程中，人们要根据电子设备的要求来进行操作，而随着交互技术的不断进步，这种古板、机械的交互手段已经不能满足人们的需求，人们期待用简单、直接的方式来操控电子设备。
手势是人体的重要组成部分，是人与人之间日常交流的重要手段，人们可以通过使用不同的手势动作来表达他们的想法和意图，并且手势动作简单，相互之间可以构成多种组合，包含许多含义，聋哑人的日常沟通交流就是通过手语来实现的，所以手势可以作为人与电子设备之间的沟通工具，在这种背景下手势作为新一代交互手段应运而生，而手势识别技术就是其中的重点研究内容。
近年来，手势识别作为新一代人机交互手段，受到了国内外研究学者以及公司的关注和研究，并取得了突出的成果，在智能电视、游戏娱乐设备、机器人等方面都有了广泛的应用，而且，通过对手势识别技术的研究，可以推动机器设备对视觉感知能力的认识，并将其应用到更多的人工智能领域，使机器设备更好的理解人们的想法和意图，为我们的生活和工作带来更大的好处。
1.2国内外研究现状
手势识别在发展过程中经历了二个阶段，第一阶段以穿戴装备为代表的手势识别技术，在这些设备中安装了许多的传感器，传感器会采集佩戴者得肢体动作信息，通过对这些信息分析处理来完成识别工作；第二个阶段是基于计算机视觉的手势识别技术，是指利用摄像头等电子设备来取代人眼对目标进行捕捉、识别、跟踪等操作，并进行相应的处理分析，最后得出结果。
在国外，手势识别相关的研究起步较早，并取得了一定了突破，在许多领域得到了很好的应用。1983年，格莱姆通过使用数据手套，完成了手势识别的试验，并以此获得了专利，但这种手套价格非常高，且使用起来比较繁琐，并不适合普及；1991年，富士通实验室在总结了相关研究技术的基础上，利用计算机视觉识别功能，实现了对多个手语动作的归类识别；Meenakshi Panwar通过对视觉识别技术的研究，并在此基础上进行了设计改进，通过对图像的处理分析，去除图像背景的干扰，对手指的方向、数量进行检测分析，来完成识别的功能，这种利用图像结构特征处理