计算机设计大赛 题目:基于机器视觉opencv的手势检测 手势识别 算法 - 深度学习 卷积神经网络 opencv python

文章目录

  • 1 简介
  • 2 传统机器视觉的手势检测
    • 2.1 轮廓检测法
    • 2.2 算法结果
    • 2.3 整体代码实现
      • 2.3.1 算法流程
  • 3 深度学习方法做手势识别
    • 3.1 经典的卷积神经网络
    • 3.2 YOLO系列
    • 3.3 SSD
    • 3.4 实现步骤
      • 3.4.1 数据集
      • 3.4.2 图像预处理
      • 3.4.3 构建卷积神经网络结构
      • 3.4.4 实验训练过程及结果
    • 3.5 关键代码
  • 4 最后

1 简介

🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是

基于机器视觉opencv的手势检测 手势识别 算法

该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐!

🧿 更多资料, 项目分享:

https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate

2 传统机器视觉的手势检测

普通机器视觉手势检测的基本流程如下:

在这里插入图片描述
其中轮廓的提取,多边形拟合曲线的求法,凸包集和凹陷集的求法都是采用opencv中自带的函数。手势数字的识别是利用凸包点以及凹陷点和手部中心点的几何关系,简单的做了下逻辑判别了(可以肯定的是这种方法很烂),具体的做法是先在手部定位出2个中心点坐标,这2个中心点坐标之间的距离阈值由程序设定,其中一个中心点就是利用OpenNI跟踪得到的手部位置。有了这2个中心点的坐标,在程序中就可以分别计算出在这2个中心点坐标上的凸凹点的个数。当然了,这样做的前提是用人在做手势表示数字的同时应该是将手指的方向朝上(因为没有像机器学习那样通过样本来训练,所以使用时条件要苛刻很多)。利用上面求出的4种点的个数(另外程序中还设置了2个辅助计算点的个数,具体见代码部分)和简单的逻辑判断就可以识别出数字0~5了。其它的数字可以依照具体的逻辑去设计(还可以设计出多位数字的识别),只是数字越多设计起来越复杂,因为要考虑到它们之间的干扰性,且这种不通用的设计方法也没有太多的实际意义。

2.1 轮廓检测法

使用 void convexityDefects(InputArray contour, InputArray convexhull,
OutputArray convexityDefects) 方法

该函数的作用是对输入的轮廓contour,凸包集合来检测其轮廓的凸型缺陷,一个凸型缺陷结构体包括4个元素,缺陷起点坐标,缺陷终点坐标,缺陷中离凸包线距离最远的点的坐标,以及此时最远的距离。参数3即其输出的凸型缺陷结构体向量。

其凸型缺陷的示意图如下所示:

在这里插入图片描述
第1个参数虽然写的是contour,字面意思是轮廓,但是本人实验过很多次,发现如果该参数为目标通过轮廓检测得到的原始轮廓的话,则程序运行到onvexityDefects()函数时会报内存错误。因此本程序中采用的不是物体原始的轮廓,而是经过多项式曲线拟合后的轮廓,即多项式曲线,这样程序就会顺利地运行得很好。另外由于在手势识别过程中可能某一帧检测出来的轮廓非常小(由于某种原因),以致于少到只有1个点,这时候如果程序运行到onvexityDefects()函数时就会报如下的错误:

int Mat::checkVector(int _elemChannels, int _depth, bool _requireContinuous) const{return (depth() == _depth || _depth <= 0) &&(isContinuous() || !_requireContinuous) &&((dims == 2 && (((rows == 1 || cols == 1) && channels() == _elemChannels) || (cols == _elemChannels))) ||(dims == 3 && channels() == 1 && size.p[2] == _elemChannels && (size.p[0] == 1 || size.p[1] == 1) &&(isContinuous() || step.p[1] == step.p[2]*size.p[2])))? (int)(total()*channels()/_elemChannels) : -1;}

该函数源码大概意思就是说对应的Mat矩阵如果其深度,连续性,通道数,行列式满足一定条件的话就返回Mat元素的个数和其通道数的乘积,否则返回-1;而本文是要求其返回值大于3,有得知此处输入多边形曲线(即参数1)的通道数为2,所以还需要求其元素的个数大于1.5,即大于2才满足ptnum

3。简单的说就是用convexityDefects()函数来对多边形曲线进行凹陷检测时,必须要求参数1曲线本身至少有2个点(也不知道这样分析对不对)。因此本人在本次程序convexityDefects()函数前加入了if(Mat(approx_poly_curve).checkVector(2,
CV_32S) > 3)来判断,只有满足该if条件,才会进行后面的凹陷检测。这样程序就不会再出现类似的bug了。

第2个参数一般是由opencv中的函数convexHull()获得的,一般情况下该参数里面存的是凸包集合中的点在多项式曲线点中的位置索引,且该参数以vector的形式存在,因此参数convexhull中其元素的类型为unsigned
int。在本次凹陷点检测函数convexityDefects()里面根据文档,要求该参数为Mat型。因此在使用convexityDefects()的参数2时,一般将vector直接转换Mat型。

参数3是一个含有4个元素的结构体的集合,如果在c++的版本中,该参数可以直接用vector来代替,Vec4i中的4个元素分别表示凹陷曲线段的起始坐标索引,终点坐标索引,离凸包集曲线最远点的坐标索引以及此时的最远距离值,这4个值都是整数。在c版本的opencv中一般不是保存的索引,而是坐标值。

2.2 算法结果

数字“0”的识别结果:
在这里插入图片描述
数字“1”的识别结果

在这里插入图片描述

数字“2”的识别结果
在这里插入图片描述

数字“3”的识别结果:
在这里插入图片描述

数字“4”的识别结果:
在这里插入图片描述

数字“5”的识别结果:
在这里插入图片描述

2.3 整体代码实现

2.3.1 算法流程

学长实现过程和上面的系统流程图类似,大概过程如下:

  • 1. 求出手部的掩膜

  • 2. 求出掩膜的轮廓

  • 3. 求出轮廓的多变形拟合曲线

  • 4. 求出多边形拟合曲线的凸包集,找出凸点

  • 5. 求出多变形拟合曲线的凹陷集,找出凹点

  • 6. 利用上面的凸凹点和手部中心点的几何关系来做简单的数字手势识别

(这里用的是C语言写的,这个代码是学长早期写的,同学们需要的话,学长出一个python版本的)

#include #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"#include #include "copenni.cpp"#include #define DEPTH_SCALE_FACTOR 255./4096.#define ROI_HAND_WIDTH 140#define ROI_HAND_HEIGHT 140#define MEDIAN_BLUR_K 5#define XRES  640#define YRES  480#define DEPTH_SEGMENT_THRESH 5#define MAX_HANDS_COLOR 10#define MAX_HANDS_NUMBER  10#define HAND_LIKELY_AREA 2000#define DELTA_POINT_DISTENCE 25     //手部中心点1和中心点2距离的阈值#define SEGMENT_POINT1_DISTANCE 27  //凸点与手部中心点1远近距离的阈值#define SEGMENT_POINT2_DISTANCE 30  //凸点与手部中心点2远近距离的阈值using namespace cv;using namespace xn;using namespace std;int main (int argc, char **argv){unsigned int convex_number_above_point1 = 0;unsigned int concave_number_above_point1 = 0;unsigned int convex_number_above_point2 = 0;unsigned int concave_number_above_point2 = 0;unsigned int convex_assist_above_point1 = 0;unsigned int convex_assist_above_point2 = 0;unsigned int point_y1 = 0;unsigned int point_y2 = 0;int number_result = -1;bool recognition_flag = false;  //开始手部数字识别的标志vector<Scalar> color_array;//采用默认的10种颜色{color_array.push_back(Scalar(255, 0, 0));color_array.push_back(Scalar(0, 255, 0));color_array.push_back(Scalar(0, 0, 255));color_array.push_back(Scalar(255, 0, 255));color_array.push_back(Scalar(255, 255, 0));color_array.push_back(Scalar(0, 255, 255));color_array.push_back(Scalar(128, 255, 0));color_array.push_back(Scalar(0, 128, 255));color_array.push_back(Scalar(255, 0, 128));color_array.push_back(Scalar(255, 128, 255));}vector<unsigned int> hand_depth(MAX_HANDS_NUMBER, 0);vector<Rect> hands_roi(MAX_HANDS_NUMBER, Rect(XRES/2, YRES/2, ROI_HAND_WIDTH, ROI_HAND_HEIGHT));namedWindow("color image", CV_WINDOW_AUTOSIZE);namedWindow("depth image", CV_WINDOW_AUTOSIZE);namedWindow("hand_segment", CV_WINDOW_AUTOSIZE);    //显示分割出来的手的区域namedWindow("handrecognition", CV_WINDOW_AUTOSIZE); //显示0~5数字识别的图像COpenNI openni;if(!openni.Initial())return 1;if(!openni.Start())return 1;while(1) {if(!openni.UpdateData()) {return 1;}/*获取并显示色彩图像*/Mat color_image_src(openni.image_metadata_.YRes(), openni.image_metadata_.XRes(),CV_8UC3, (char *)openni.image_metadata_.Data());Mat color_image;cvtColor(color_image_src, color_image, CV_RGB2BGR);Mat hand_segment_mask(color_image.size(), CV_8UC1, Scalar::all(0));for(auto itUser = openni.hand_points_.cbegin(); itUser != openni.hand_points_.cend(); ++itUser) {point_y1 = itUser->second.Y;point_y2 = itUser->second.Y + DELTA_POINT_DISTENCE;circle(color_image, Point(itUser->second.X, itUser->second.Y),5, color_array.at(itUser->first % color_array.size()), 3, 8);/*设置不同手部的深度*/hand_depth.at(itUser->first % MAX_HANDS_COLOR) = (unsigned int)(itUser->second.Z* DEPTH_SCALE_FACTOR);//itUser->first会导致程序出现bug/*设置不同手部的不同感兴趣区域*/hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER) = Rect(itUser->second.X - ROI_HAND_WIDTH/2, itUser->second.Y - ROI_HAND_HEIGHT/2,ROI_HAND_WIDTH, ROI_HAND_HEIGHT);hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x =  itUser->second.X - ROI_HAND_WIDTH/2;hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y =  itUser->second.Y - ROI_HAND_HEIGHT/2;hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).width = ROI_HAND_WIDTH;hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).height = ROI_HAND_HEIGHT;if(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x <= 0)hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x  = 0;if(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x > XRES)hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x =  XRES;if(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y <= 0)hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y = 0;if(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y > YRES)hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y =  YRES;}imshow("color image", color_image);/*获取并显示深度图像*/Mat depth_image_src(openni.depth_metadata_.YRes(), openni.depth_metadata_.XRes(),CV_16UC1, (char *)openni.depth_metadata_.Data());//因为kinect获取到的深度图像实际上是无符号的16位数据Mat depth_image;depth_image_src.convertTo(depth_image, CV_8U, DEPTH_SCALE_FACTOR);imshow("depth image", depth_image);//取出手的mask部分//不管原图像时多少通道的,mask矩阵声明为单通道就okfor(auto itUser = openni.hand_points_.cbegin(); itUser != openni.hand_points_.cend(); ++itUser) {for(int i = hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x; i < std::min(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).x+hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).width, XRES); i++)for(int j = hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y; j < std::min(hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).y+hands_roi.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER).height, YRES); j++) {hand_segment_mask.at<unsigned char>(j, i) = ((hand_depth.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER)-DEPTH_SEGMENT_THRESH) < depth_image.at<unsigned char>(j, i))& ((hand_depth.at(itUser->first % MAX_HANDS_NUMBER)+DEPTH_SEGMENT_THRESH) > depth_image.at<unsigned char>(j,i));}}medianBlur(hand_segment_mask, hand_segment_mask, MEDIAN_BLUR_K);Mat hand_segment(color_image.size(), CV_8UC3);color_image.copyTo(hand_segment, hand_segment_mask);/*对mask图像进行轮廓提取,并在手势识别图像中画出来*/std::vector< std::vector<Point> > contours;findContours(hand_segment_mask, contours, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);//找出mask图像的轮廓Mat hand_recognition_image = Mat::zeros(color_image.rows, color_image.cols, CV_8UC3);for(int i = 0; i < contours.size(); i++) {  //只有在检测到轮廓时才会去求它的多边形,凸包集,凹陷集recognition_flag = true;/*找出轮廓图像多边形拟合曲线*/Mat contour_mat = Mat(contours[i]);if(contourArea(contour_mat) > HAND_LIKELY_AREA) {   //比较有可能像手的区域std::vector<Point> approx_poly_curve;approxPolyDP(contour_mat, approx_poly_curve, 10, true);//找出轮廓的多边形拟合曲线std::vector< std::vector<Point> > approx_poly_curve_debug;approx_poly_curve_debug.push_back(approx_poly_curve);drawContours(hand_recognition_image, contours, i, Scalar(255, 0, 0), 1, 8); //画出轮廓//            drawContours(hand_recognition_image, approx_poly_curve_debug, 0, Scalar(256, 128, 128), 1, 8); //画出多边形拟合曲线/*对求出的多边形拟合曲线求出其凸包集*/vector<int> hull;convexHull(Mat(approx_poly_curve), hull, true);for(int i = 0; i < hull.size(); i++) {circle(hand_recognition_image, approx_poly_curve[hull[i]], 2, Scalar(0, 255, 0), 2, 8);/*统计在中心点1以上凸点的个数*/if(approx_poly_curve[hull[i]].y <= point_y1) {/*统计凸点与中心点1的y轴距离*/long dis_point1 = abs(long(point_y1 - approx_poly_curve[hull[i]].y));int dis1 = point_y1 - approx_poly_curve[hull[i]].y;if(dis_point1 > SEGMENT_POINT1_DISTANCE && dis1 >= 0)  {convex_assist_above_point1++;}convex_number_above_point1++;}/*统计在中心点2以上凸点的个数*/if(approx_poly_curve[hull[i]].y <= point_y2)    {/*统计凸点与中心点1的y轴距离*/long dis_point2 = abs(long(point_y2 - approx_poly_curve[hull[i]].y));int dis2 = point_y2 - approx_poly_curve[hull[i]].y;if(dis_point2 > SEGMENT_POINT2_DISTANCE && dis2 >= 0)  {convex_assist_above_point2++;}convex_number_above_point2++;}}//            /*对求出的多边形拟合曲线求出凹陷集*/std::vector<Vec4i> convexity_defects;if(Mat(approx_poly_curve).checkVector(2, CV_32S) > 3)convexityDefects(approx_poly_curve, Mat(hull), convexity_defects);for(int i = 0; i < convexity_defects.size(); i++) {circle(hand_recognition_image, approx_poly_curve[convexity_defects[i][2]] , 2, Scalar(0, 0, 255), 2, 8);/*统计在中心点1以上凹陷点的个数*/if(approx_poly_curve[convexity_defects[i][2]].y <= point_y1)concave_number_above_point1++;/*统计在中心点2以上凹陷点的个数*/if(approx_poly_curve[convexity_defects[i][2]].y <= point_y2)concave_number_above_point2++;}}}/**画出手势的中心点**/for(auto itUser = openni.hand_points_.cbegin(); itUser != openni.hand_points_.cend(); ++itUser) {circle(hand_recognition_image, Point(itUser->second.X, itUser->second.Y), 3, Scalar(0, 255, 255), 3, 8);circle(hand_recognition_image, Point(itUser->second.X, itUser->second.Y + 25), 3, Scalar(255, 0, 255), 3, 8);}/*手势数字0~5的识别*///"0"的识别if((convex_assist_above_point1 ==0 && convex_number_above_point2 >= 2 && convex_number_above_point2 <= 3 &&concave_number_above_point2 <= 1 && concave_number_above_point1 <= 1) || (concave_number_above_point1 ==0|| concave_number_above_point2 == 0) && recognition_flag == true)number_result = 0;//"1"的识别if(convex_assist_above_point1 ==1 && convex_number_above_point1 >=1  && convex_number_above_point1 <=2 &&convex_number_above_point2 >=2 && convex_assist_above_point2 == 1)number_result = 1;//"2"的识别if(convex_number_above_point1 == 2 && concave_number_above_point1 == 1 && convex_assist_above_point2 == 2/*convex_assist_above_point1 <=1*/ && concave_number_above_point2 == 1)number_result = 2;//"3"的识别if(convex_number_above_point1 == 3 && concave_number_above_point1 <= 3 &&concave_number_above_point1 >=1 && convex_number_above_point2 >= 3 && convex_number_above_point2 <= 4 &&convex_assist_above_point2 == 3)number_result = 3;//"4"的识别if(convex_number_above_point1 == 4 && concave_number_above_point1 <=3 && concave_number_above_point1 >=2 &&convex_number_above_point2 == 4)number_result = 4;//"5"的识别if(convex_number_above_point1 >=4 && convex_number_above_point2 == 5 && concave_number_above_point2 >= 3 &&convex_number_above_point2 >= 4)number_result = 5;if(number_result !=0 && number_result != 1  && number_result != 2 && number_result != 3 && number_result != 4 && number_result != 5)number_result == -1;/*在手势识别图上显示匹配的数字*/std::stringstream number_str;number_str << number_result;putText(hand_recognition_image, "Match: ", Point(0, 60), 4, 1, Scalar(0, 255, 0), 2, 0 );if(number_result == -1)putText(hand_recognition_image, " ", Point(120, 60), 4, 2, Scalar(255, 0 ,0), 2, 0);elseputText(hand_recognition_image, number_str.str(), Point(150, 60), 4, 2, Scalar(255, 0 ,0), 2, 0);imshow("handrecognition", hand_recognition_image);imshow("hand_segment", hand_segment);/*一个循环中对有些变量进行初始化操作*/convex_number_above_point1 = 0;convex_number_above_point2 = 0;concave_number_above_point1 = 0;concave_number_above_point2 = 0;convex_assist_above_point1 = 0;convex_assist_above_point2 = 0;number_result = -1;recognition_flag = false;number_str.clear();waitKey(20);}}#include "copenni.h"#include #include #include using namespace xn;using namespace std;COpenNI::COpenNI(){}COpenNI::~COpenNI(){}bool COpenNI::Initial(){status_ = context_.Init();if(CheckError("Context initial failed!")) {return false;}context_.SetGlobalMirror(true);//设置镜像xmode_.nXRes = 640;xmode_.nYRes = 480;xmode_.nFPS = 30;//产生颜色nodestatus_ = image_generator_.Create(context_);if(CheckError("Create image generator  error!")) {return false;}//设置颜色图片输出模式status_ = image_generator_.SetMapOutputMode(xmode_);if(CheckError("SetMapOutputMdoe error!")) {return false;}//产生深度nodestatus_ = depth_generator_.Create(context_);if(CheckError("Create depth generator  error!")) {return false;}//设置深度图片输出模式status_ = depth_generator_.SetMapOutputMode(xmode_);if(CheckError("SetMapOutputMdoe error!")) {return false;}//产生手势nodestatus_ = gesture_generator_.Create(context_);if(CheckError("Create gesture generator error!")) {return false;}/*添加手势识别的种类*/gesture_generator_.AddGesture("Wave", NULL);gesture_generator_.AddGesture("click", NULL);gesture_generator_.AddGesture("RaiseHand", NULL);gesture_generator_.AddGesture("MovingHand", NULL);//产生手部的nodestatus_ = hand_generator_.Create(context_);if(CheckError("Create hand generaotr error!")) {return false;}//产生人体nodestatus_ = user_generator_.Create(context_);if(CheckError("Create gesturen generator error!")) {return false;}//视角校正status_ = depth_generator_.GetAlternativeViewPointCap().SetViewPoint(image_generator_);if(CheckError("Can't set the alternative view point on depth generator!")) {return false;}//设置与手势有关的回调函数XnCallbackHandle gesture_cb;gesture_generator_.RegisterGestureCallbacks(CBGestureRecognized, CBGestureProgress, this, gesture_cb);//设置于手部有关的回调函数XnCallbackHandle hands_cb;hand_generator_.RegisterHandCallbacks(HandCreate, HandUpdate, HandDestroy, this, hands_cb);//设置有人进入视野的回调函数XnCallbackHandle new_user_handle;user_generator_.RegisterUserCallbacks(CBNewUser, NULL, NULL, new_user_handle);user_generator_.GetSkeletonCap().SetSkeletonProfile(XN_SKEL_PROFILE_ALL);//设定使用所有关节(共15个)//设置骨骼校正完成的回调函数XnCallbackHandle calibration_complete;user_generator_.GetSkeletonCap().RegisterToCalibrationComplete(CBCalibrationComplete, this, calibration_complete);return true;}bool COpenNI::Start(){status_ = context_.StartGeneratingAll();if(CheckError("Start generating error!")) {return false;}return true;}bool COpenNI::UpdateData(){status_ = context_.WaitNoneUpdateAll();if(CheckError("Update date error!")) {return false;}//获取数据image_generator_.GetMetaData(image_metadata_);depth_generator_.GetMetaData(depth_metadata_);return true;}ImageGenerator &COpenNI::getImageGenerator(){return image_generator_;}DepthGenerator &COpenNI::getDepthGenerator(){return depth_generator_;}UserGenerator &COpenNI::getUserGenerator(){return user_generator_;}GestureGenerator &COpenNI::getGestureGenerator(){return gesture_generator_;}HandsGenerator &COpenNI::getHandGenerator(){return hand_generator_;}bool COpenNI::CheckError(const char *error){if(status_ != XN_STATUS_OK) {cerr << error << ": " << xnGetStatusString( status_ ) << endl;return true;}return false;}void COpenNI::CBNewUser(UserGenerator &generator, XnUserID user, void *p_cookie){//得到skeleton的capability,并调用RequestCalibration函数设置对新检测到的人进行骨骼校正generator.GetSkeletonCap().RequestCalibration(user, true);}void COpenNI::CBCalibrationComplete(SkeletonCapability &skeleton, XnUserID user, XnCalibrationStatus calibration_error, void *p_cookie){if(calibration_error == XN_CALIBRATION_STATUS_OK) {skeleton.StartTracking(user);//骨骼校正完成后就开始进行人体跟踪了}else {UserGenerator *p_user = (UserGenerator*)p_cookie;skeleton.RequestCalibration(user, true);//骨骼校正失败时重新设置对人体骨骼继续进行校正}}void COpenNI::CBGestureRecognized(GestureGenerator &generator, const XnChar *strGesture, const XnPoint3D *pIDPosition, const XnPoint3D *pEndPosition, void *pCookie){COpenNI *openni = (COpenNI*)pCookie;openni->hand_generator_.StartTracking(*pEndPosition);}void COpenNI::CBGestureProgress(GestureGenerator &generator, const XnChar *strGesture, const XnPoint3D *pPosition, XnFloat fProgress, void *pCookie){}void COpenNI::HandCreate(HandsGenerator &rHands, XnUserID xUID, const XnPoint3D *pPosition, XnFloat fTime, void *pCookie){COpenNI *openni = (COpenNI*)pCookie;XnPoint3D project_pos;openni->depth_generator_.ConvertRealWorldToProjective(1, pPosition, &project_pos);pair<XnUserID, XnPoint3D> hand_point_pair(xUID, XnPoint3D());//在进行pair类型的定义时,可以将第2个设置为空hand_point_pair.second = project_pos;openni->hand_points_.insert(hand_point_pair);//将检测到的手部存入map类型的hand_points_中。pair<XnUserID, vector<XnPoint3D>> hand_track_point(xUID, vector<XnPoint3D>());hand_track_point.second.push_back(project_pos);openni->hands_track_points_.insert(hand_track_point);}void COpenNI::HandUpdate(HandsGenerator &rHands, XnUserID xUID, const XnPoint3D *pPosition, XnFloat fTime, void *pCookie){COpenNI *openni = (COpenNI*)pCookie;XnPoint3D project_pos;openni->depth_generator_.ConvertRealWorldToProjective(1, pPosition, &project_pos);openni->hand_points_.find(xUID)->second = project_pos;openni->hands_track_points_.find(xUID)->second.push_back(project_pos);}void COpenNI::HandDestroy(HandsGenerator &rHands, XnUserID xUID, XnFloat fTime, void *pCookie){COpenNI *openni = (COpenNI*)pCookie;openni->hand_points_.erase(openni->hand_points_.find(xUID));openni->hands_track_points_.erase(openni->hands_track_points_.find(xUID ));}

3 深度学习方法做手势识别

3.1 经典的卷积神经网络

卷积神经网络的优势就在于它能够从常见的视觉任务中自动学习目 标数据的特征, 然后将这些特征用于某种特定任务的模型。 随着时代的发展,
深度学习也形成了一些经典的卷积神经网络。

3.2 YOLO系列

YOLO 系列的网络模型最早源于 2016 年, 之后几年经过不断改进相继推出YOLOv2、 YOLOv3
等网络,直到今日yoloV5也诞生了,不得不感慨一句,darknet是真的肝。

最具代表性的yolov3的结构

在这里插入图片描述

3.3 SSD

SSD 作为典型的一阶段网络模型, 具有更高的操作性, 端到端的学习模式同样受到众多研究者的喜爱

在这里插入图片描述

3.4 实现步骤

3.4.1 数据集

手势识别的数据集来自于丹成学长实验室,由于中国手势表示3的手势根据地区有略微差异,按照这个数据集的手势训练与测试即可。

  • 图像大小:100*100 像素
  • 颜色空间:RGB 种类:
  • 图片种类:6 种(0,1,2,3,4,5)
  • 每种图片数量:200 张

一共6种手势,每种手势200张图片,共1200张图片(100x100RGB)

在这里插入图片描述

3.4.2 图像预处理

在这里插入图片描述

实际图片处理展示:resize前先高斯模糊,提取边缘后可以根据实际需要增加一次中值滤波去噪:

在这里插入图片描述

3.4.3 构建卷积神经网络结构

使用tensorflow的框架,构建一个简单的网络结构

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

Dropout: 增加鲁棒性帮助正则化和避免过拟合

一个相关的早期使用这种技术的论文((ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural
Networks, by Alex Krizhevsky, Ilya Sutskever, and Geoffrey Hinton
(2012).))中启发性的dropout解释是:

因为一个神经元不能依赖其他特定的神经元。因此,不得不去学习随机子集神经元间的鲁棒性的有用连接。换句话说。想象我们的神经元作为要给预测的模型,dropout是一种方式可以确保我们的模型在丢失一个个体线索的情况下保持健壮的模型。在这种情况下,可以说他的作用和L1和L2范式正则化是相同的。都是来减少权重连接,然后增加网络模型在缺失个体连接信息情况下的鲁棒性。在提高神经网络表现方面效果较好。

3.4.4 实验训练过程及结果

经过约4800轮的训练后,loss基本收敛,在0.6左右,在120份的测试样本上的模型准确率能够达到约96%

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3.5 关键代码

import tensorflow as tfIMAGE_SIZE = 100NUM_CHANNELS = 1CONV1_SIZE = 4CONV1_KERNEL_NUM = 8CONV2_SIZE = 2CONV2_KERNEL_NUM = 16FC_SIZE = 512OUTPUT_NODE = 6def get_weight(shape, regularizer):w = tf.Variable(tf.truncated_normal(shape,stddev=0.1))if regularizer != None: tf.add_to_collection('losses', tf.contrib.layers.l2_regularizer(regularizer)(w)) return wdef get_bias(shape): b = tf.Variable(tf.zeros(shape))  return bdef conv2d(x,w):  return tf.nn.conv2d(x, w, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')def max_pool_8x8(x):  return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1, 8, 8, 1], strides=[1, 4, 4, 1], padding='SAME')def max_pool_4x4(x):  return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1, 4, 4, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')def forward(x, train, regularizer):conv1_w = get_weight([CONV1_SIZE, CONV1_SIZE, NUM_CHANNELS, CONV1_KERNEL_NUM], regularizer) conv1_b = get_bias([CONV1_KERNEL_NUM]) conv1 = conv2d(x, conv1_w) relu1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv1, conv1_b)) pool1 = max_pool_8x8(relu1) conv2_w = get_weight([CONV2_SIZE, CONV2_SIZE, CONV1_KERNEL_NUM, CONV2_KERNEL_NUM],regularizer) conv2_b = get_bias([CONV2_KERNEL_NUM])conv2 = conv2d(pool1, conv2_w) relu2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv2, conv2_b))pool2 = max_pool_4x4(relu2)pool_shape = pool2.get_shape().as_list() nodes = pool_shape[1] * pool_shape[2] * pool_shape[3] reshaped = tf.reshape(pool2, [pool_shape[0], nodes]) fc1_w = get_weight([nodes, FC_SIZE], regularizer) fc1_b = get_bias([FC_SIZE]) fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(reshaped, fc1_w) + fc1_b) if train: fc1 = tf.nn.dropout(fc1, 0.5)fc2_w = get_weight([FC_SIZE, OUTPUT_NODE], regularizer)fc2_b = get_bias([OUTPUT_NODE])y = tf.matmul(fc1, fc2_w) + fc2_breturn y import tensorflow as tfimport numpy as npimport gesture_forwardimport gesture_backwardfrom image_processing import func5,func6import cv2def restore_model(testPicArr):with tf.Graph().as_default() as tg:x = tf.placeholder(tf.float32,[1,gesture_forward.IMAGE_SIZE,gesture_forward.IMAGE_SIZE,gesture_forward.NUM_CHANNELS])    #y_ = tf.placeholder(tf.float32, [None, mnist_lenet5_forward.OUTPUT_NODE])y = gesture_forward.forward(x,False,None)preValue = tf.argmax(y, 1)variable_averages = tf.train.ExponentialMovingAverage(gesture_backward.MOVING_AVERAGE_DECAY)variables_to_restore = variable_averages.variables_to_restore()saver = tf.train.Saver(variables_to_restore)with tf.Session() as sess:ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(gesture_backward.MODEL_SAVE_PATH)if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:saver.restore(sess, ckpt.model_checkpoint_path)#global_step = ckpt.model_checkpoint_path.split('/')[-1].split('-')[-1] preValue = sess.run(preValue, feed_dict={x:testPicArr})return preValueelse:print("No checkpoint file found")return -1def application01():testNum = input("input the number of test pictures:")testNum = int(testNum)for i in range(testNum):testPic = input("the path of test picture:")img = func5(testPic)cv2.imwrite(str(i)+'ttt.jpg',img)   #        cv2.waitKey(0)#        cv2.destroyAllWindows()img = img.reshape([1,100,100,1])img = img.astype(np.float32)img = np.multiply(img, 1.0/255.0)#        print(img.shape)#        print(type(img))        preValue = restore_model(img)print ("The prediction number is:", preValue)def application02():#vc = cv2.VideoCapture('testVideo.mp4')vc = cv2.VideoCapture(0)# 设置每秒传输帧数fps = vc.get(cv2.CAP_PROP_FPS)# 获取视频的大小size = (int(vc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)),int(vc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)))# 生成一个空的视频文件# 视频编码类型# cv2.VideoWriter_fourcc('X','V','I','D') MPEG-4 编码类型# cv2.VideoWriter_fourcc('I','4','2','0') YUY编码类型# cv2.VideoWriter_fourcc('P','I','M','I') MPEG-1 编码类型# cv2.VideoWriter_fourcc('T','H','E','O') Ogg Vorbis类型,文件名为.ogv# cv2.VideoWriter_fourcc('F','L','V','1') Flask视频,文件名为.flv#vw = cv2.VideoWriter('ges_pro.avi',cv2.VideoWriter_fourcc('X','V','I','D'), fps, size)# 读取视频第一帧的内容success, frame = vc.read()#    rows = frame.shape[0]    #    cols = frame.shape[1]#    t1 = int((cols-rows)/2)#    t2 = int(cols-t1)#    M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2,rows/2),90,1)#    frame = cv2.warpAffine(frame,M,(cols,rows))#    frame = frame[0:rows, t1:t2]#    cv2.imshow('sd',frame)#    cv2.waitKey(0)#    cv2.destroyAllWindows()while success:#90度旋转        #        img = cv2.warpAffine(frame,M,(cols,rows))#        img = img[0:rows, t1:t2]img = func6(frame)img = img.reshape([1,100,100,1])img = img.astype(np.float32)img = np.multiply(img, 1.0/255.0)preValue = restore_model(img)# 写入视频cv2.putText(frame,"Gesture:"+str(preValue),(50,50),cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN,2.0,(0,0,255),1)#vw.write(frame)cv2.imshow('gesture',frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 读取视频下一帧的内容success, frame = vc.read()vc.release()cv2.destroyAllWindows()    print('viedo app over!')def main():#application01()application02()if __name__ == '__main__':main()	

4 最后

🧿 更多资料, 项目分享:

https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.hqwc.cn/news/544804.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

【jeecgboot】微服务实战LISM

目录 一、服务解决方案-Spring Cloud Alibaba1.1选用原因&#xff08;基于Spring Cloud Alibaba的试用场景&#xff09;1.2 核心组件使用前期规划 部署 nacos部署 mino使用JavaFreemarker模板引擎&#xff0c;根据XML模板文件生成Word文档使用JavaFlowable 工作流引擎前端 -vue…

redis中List和hash数据类型

list类型是用来存储多个有序的字符串的&#xff0c;列表当中的每一个字符看做一个元素&#xff0c;一个列表当中可以存储一个或者多个元素&#xff0c;redis的list支持存储2^32-1个元素。redis可以从列表的两端进行插入&#xff08;pubsh&#xff09;和弹出&#xff08;pop&…

sqlite 常见命令 表结构

在 SQLite 中&#xff0c;将表结构保存为 SQL 具有一定的便捷性和重要性&#xff0c;原因如下 便捷性&#xff1a; 备份和恢复&#xff1a;将表结构保存为 SQL 可以方便地进行备份。如果需要还原或迁移数据库&#xff0c;只需执行保存的 SQL 脚本&#xff0c;就可以重新创建表…

深度学习-基于机器学习的情绪分析研究

概要 互联网技术的迅速发展使得社交平台逐渐成为热点事件中社会情感的枢纽。社会热点事件的舆论监管的其中一个重要环节就是能够准确分析民众的社会情绪。本文旨在探索可以基于文本大数据彻底分析民众对热点事件的社会情绪的模型和方法。先是从社交平台上借助文本大数据、对数据…

261:vue+openlayers 使用setRotation旋转地图

第261个 点击查看专栏目录 本示例介绍演示如何在vue+openlayers中使用setRotation旋转地图。setRotation是view的一个方法,旋转的内容是弧度,这里设置的角度需要将其换算为弧度,即 x*Math.PI/180. 直接复制下面的 vue+openlayers源代码,操作2分钟即可运行实现效果 文章目…

Linux学习方法-框架学习法——Linux系统框架

配套视频学习链接&#xff1a;https://www.bilibili.com/video/BV1HE411w7by?p2&vd_sourced488bc722b90657aaa06a1e8647eddfc 目录 Linux系统框架(从裸机到OS) Linux可看成是一个大软件/大程序 应用和驱动 内核态和用户态 Linux的文件系统 Linux初学者首先要搞清楚三…

Linux第78步_使用原子整型操作来实现“互斥访问”共享资源

使用原子操作来实现“互斥访问”LED灯设备&#xff0c;目的是每次只允许一个应用程序使用LED灯。 1、创建MyAtomicLED目录 输入“cd /home/zgq/linux/Linux_Drivers/回车” 切换到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/”目录 输入“mkdir MyAtomicLED回车”&#xff0c;创建MyA…

自适应日落动态卡通动画404页面模板

源码介绍 自适应日落动态卡通动画404页面模板&#xff0c;源码由HTMLCSSJS组成&#xff0c;记事本打开源码文件可以进行内容文字之类的修改&#xff0c;双击html文件可以本地运行效果&#xff0c;也可以上传到服务器里面 下载地址 自适应日落动态卡通动画404页面模板

XDP学习笔记

XDP的使用与eBPF程序分不开&#xff0c;因此要了解学历XDP&#xff0c;须知道什么是eBPF、什么是XDP。 概念 eBPF BPF&#xff08;Berkeley Packet Filter&#xff09;是一种灵活且高效的数据包过滤技术&#xff0c;最初由 BSD Unix 中的网络子系统引入&#xff1b;BPF 允许用…

MATLAB:拟合与插值

一、关于多项式的基本操作 若要求非线性方程的根&#xff0c;则采用fzero, fminbnd函数 二、多项式拟合 clc, clear x0:0.2:10; y0.25*x20*sin(x); plot(x,y,k.,MarkerSize,15) grid on; hold on [p1,s1,mu1]polyfit(x,y,3); %3阶多项式拟合 y1polyval(p1,x,s1,mu1); [p2,s…

openssl3.2 - note - Writing OpenSSL Provider Skeleton

文章目录 openssl3.2 - note - Writing OpenSSL Provider Skeleton概述笔记测试工程的建立复现的provider工程总结Provider包含的头文件openssl/core.h中的数据结构实现 OSSL_provider_init()看一下openssl自带的提供者provider的openssl命令行测试provider的本质是hook了opens…

基于CNN多阶段图像超分+去噪(超级简单版)

这是之前的一项工作&#xff0c;非常简单&#xff0c;简单的复现了两个算法&#xff0c;然后把它们串起来了。 可执行的程序链接&#xff1a;CSDN; Github 我们分成两部分进行讲解&#xff1a; 1. 图像去噪 1.1 基本思路 图像的去噪工作基于很普通的CNN去噪&#xff0c;效…