视线跟踪技术在人机交互中的研究

人们在观察外部世界时眼睛总是与其它人体活动自然协调地工作,并且眼动所需的认知负荷很低,人眼的注视包含着当前的任务状况以及人的内部状态等信息,因此眼注视是一种非常好的能使人机对话变得简便、自然的候选输入通道。本文介绍了视线跟踪的基本原理、方法,对视线跟踪作为人机交互通道所具有的特点进行了讨论,并指出了其在人机交互领域中的应用及前景。     

基于视线跟踪技术的眼控鼠标

利用基于图像处理技术的视线方向识别、跟踪方法,通过近红外光线在眼睛角膜反射产生的光斑和瞳孔中心的位置关系来确定视线方向,推导出人眼在计算机屏幕上的注视点,进而实现人眼对鼠标的定位与操作,其在显示屏上定位精度可达到40×40像素.     

自然人机交互技术中的界面设计

互联网充斥着枯燥的设计.有人会说通过这样一种标准化的界面可以使浏览更方便,而事实上这些网站带给用户一种很世俗的体验,并不能与访客产生一种积极的联系.自然用户界面引发了强烈的市场反响,人们对于更加简单的信息导航方式非常感兴趣.因此,数字智能笔、触摸、图像识别等新型交互方式迅速普及.本文介绍一些自然人机交互的技术,这些技术将会给用户带来了全新的体验.     

人机交互中的人体目标跟踪算法

针对机器人在与人交互过程中对指定人体目标的跟踪容易受到周围其他人体干扰的问题,提出了一种人机交互中的人体目标跟踪算法.将所有干扰区域看作候选目标,通过建立基于重叠率的粒子分布模型,确保粒子集可以通过均值偏移收敛到所有的候选目标,并减少粒子数量.以权重距离总误差和目标尺寸作为聚类条件,将粒子划分到相应的候选目标粒子集中,最后选择最优的候选目标作为跟踪结果.实验结果表明:该算法能够避免周围相似物体的干扰并准确跟踪目标,具有较好的鲁棒性和实时性.     

基于实时手势识别与跟踪的人机交互实现

为了实现对手势目标的自动识别和连续跟踪,提出了一种手势识别与跟踪算法。首先,通过离线训练手势目标检测器来实现手势目标的自动识别。接着,通过改进的Shi-Tomisi算法,在目标区域提取可靠稳定的特征点。然后,通过KLT跟踪器对特征点进行跟踪。当特征点跟踪成功时,通过求解仿射变换矩阵确定手势目标的新位置;当目标出现遮挡和大尺度旋转时,特征点丢失,此时在KLT跟踪器中加入卡尔曼滤波器来预测手势目标的位置,实现对手势目标的连续跟踪。同时对手势目标可能存在的区域进行估计,缩小检测器的检测范围,提高检测速度。最后,将算法应用于人机交互系统中,实现了机器人的远程控制。实验结果显示,算法在简单背景下的跟踪正确率为99.54%,复杂背景下的跟踪正确率为98.24%。实验结果表明,算法能够快速准确地对手势目标进行检测和跟踪,满足了实时性、连续性以及抗干扰能力强等要求,对于旋转及遮挡均具有较强的鲁棒性,为实现基于手势控制的人机交互提供了一种有效方法。     

机器人云操作平台的人机交互技术研究

为了克服传统机器人遥操作资源利用率低、对用户要求较高的缺点,基于云计算共享和服务的思想,提出了机器人云操作平台.机器人遥操作以服务的形式提供给互联网用户.基于云平台中用户输入设备多样,同时远端机器人智能水平存在差异的事实,提出了统一的人机交互接口,满足不同层次的需求.首先,对用户端输入设备进行虚拟化,使得所有设备输入具有统一规范.然后,制定了机器人控制方案,建立用户输入和机器人实际运动的对应关系.最后利用语音识别和指点类设备操作,结合基于任务的多通道整合算法,实现了交互自然、高效的多通道人机界面.通过遥操作机器狗实验证明了所设计人机交互接口的合理性和可行性.     

虚拟人技术在人机交互中的应用研究

基于虚拟人的人机交互是人与虚拟现实环境中的虚拟人进行交互的技术。虚拟人是一种具有自主智能的看上去像人,并且具有人的部分特征的智能体。首先论述了虚拟人模型的构建技术、虚拟人的行为控制方法和虚拟人表情的构建和控制方法,然后论述了虚拟人在智能人机交互中的应用,最后探讨了虚拟人心智系统模型及虚拟人技术发展前景。     

以人为中心的机器人系统的人机交互技术

以人为中心的机器人系统(HCR)强调以人为本、人机合作的思想，主要用于动态、非结构化的环境和必需有人机共同完成的任务。笔者提出了基于穿戴计算的人机接口，使HCR的人机交互不受时间、空间的限制。通过增强现实，机器人的状态、报警等重要信息成为输出通道传输的重点，有效地减少了对信息传输带宽和再现信息的资源占用，减轻操作者的负担，进而提高HCR操作者对本地状态的意识和对远程环境的感知。通过并行、互补的多通道及整合、融合多个输入信息的方法，消除信息的多又性和噪声，从根本上克服当前人机交互的输入瓶颈，实现更加高效、人性化的HCR人机交互。     

基于DM642的视线跟踪系统的实现与优化

基于PC实现的视线跟踪系统普遍存在执行速度慢、不能满足实时应用需求等缺陷,本研究以TI公司的TMS320DM642图像处理芯片作为数字图像处理硬件平台,以DSP/BIOS为实时操作系统,利用CCS开发环境构建应用程序,对程序整体结构框架进行了改进,对核心模块和代码逐个进行优化,以实现和优化基于DM642嵌入式系统的视线跟踪技术.     

视线追踪系统中注视点估计算法研究

针对非接触式视线跟踪系统中注视点估计算法鲁棒性差的问题,提出一种基于角度映射的注视点估计算法。首先,根据人眼特性及视觉成像原理,瞳孔中心相对于角膜反射光斑的位置与注视点相对于红外光源的位置之间具有一定的角度映射关系,据此估计出注视点近似位置。然后,在眼球模型结构的基础上分析了眼球角膜曲面对注视点造成的偏差,通过弧长对误差进行补偿。最后,利用非线性多项式模型对眼球视轴和光轴之间的偏差进行拟合,得到最终的视线落点。实验证明,该系统具有较高的精度和自由度,在水平和垂直方向上最大误差均小于1 cm。     

虚拟装配环境中的人机交互技术研究

为了解决虚拟装配系统中的人机交互问题,结合虚拟装配环境,给出了数据手套和三维跟踪器的驱动类,阐述了数据手套和三维跟踪器的原始数据获取方法和处理策略.提出了综合使用数据手套和三维跟踪器数据进行手势识别与命令映射的方法;采用非模态的动态透明菜单和对话框作为数据手套和跟踪器的补充方式进行人机交互;讨论了通过虚拟手操作零部件模型的虚拟装配过程.通过开发基于三通道投影的虚拟装配环境,对数据手套、三维跟踪器以及头盔显示器等应用进行了实例验证,验证结果表明上述方法有效可行.     

基于面片模型的人机交互装配关键技术研究

针对现有的虚拟装配系统大部分是基于实体模型,其计算量大、渲染慢、装配速度慢并且难以处理来自不同CAD系统模型的问题,提出了基于面片模型的人机交互快速装配方法.利用面片所包含的几何信息通过边界表示法重构零部件装配所需的几何信息和空间位姿信息,给出了基于面片模型的装配约束定义.通过人机交互技术将复杂的约束组分解为多个单约束进行求解,实现了约束的快速、准确的求解;按照旋转矩阵和平移矩阵对零部件的空间位姿进行变化,实现装配;最后基于HOOPS三维图形数据平台开发了虚拟装配系统.实践证明,该方法可以有效地减少计算量、提高装配速度、实现协同装配.     

多模态人机交互中基于笔输入的手势识别

为研究多模态人机交互系统的理论及构造方法 ,提出了一种快速的、单笔划手势识别方法 .该方法通过提取手势轨迹的关键点及各关键点的运移方向 ,形成特征码 ,然后与标准手势符号的各种可能的特征码进行匹配 .其中方向特征用于预分类 ,而关键点位置信息用于细分类 .实验结果表明该方法速度快、识别率高 .     

人机交互过程中数字手势的识别方法

为了获得简单、高效的数字手势识别方法,增加使用者舒适的体验,提出一种基于Kinect融合深度信息和骨骼信息的数字手势识别方案.首先,使用Kinect进行深度数据的采集,建立深度图像;其次,结合骨骼追踪系统,提取人体轮廓,运用深度阈值法从轮廓中分割出手部区域,并进行二维图像的重建;再次,利用手腕和手掌骨骼点准确分割出手掌区域,并运用图像形态学开运算进行处理,得到不含手指的图像,进而提取掌心坐标;最后,计算半径,确定掌心圆,采用圆的边界和手指相交次数的方式识别手指个数.实验结果表明:数字手势识别方案能够准确、高效地识别数字手势.     

自动驾驶汽车人机交互信任影响机制

为探讨人们对自动驾驶汽车(autonomous vehicles，AVs)是否信任的影响因素及其作用机制，从信息内容、信息载体、信息通道、系统透明度、技术能力和情况管理6个角度设计了AVs人机交互信任模型.采用结构效度、聚敛效度、区分效度的验证性因子分析、中介效应分析及路径分析对结构方程模型进行拟合检验.研究发现:信息通道、系统透明度和信息载体对于自动驾驶信任影响显著；信息内容、信息载体和信息通道不仅对AVs人机交互信任直接产生影响，还通过系统透明度这一中介变量对AVs人机交互信任产生影响.     

HMD-VR环境下基于平面辅助物的人机交互系统

针对在沉浸式虚拟现实环境中进行自然高效的交互问题,提出了一种新的头戴式虚拟现实（HMD-VR）空间中的人机交互方法. 使用平面辅助物将智能平板的交互范式引入到头戴式虚拟现实环境中,通过单深度相机对平面辅助物与手部的有效跟踪构建了一个高效的交互系统;针对虚拟空间与真实空间交互平面的尺寸差异所带来的交互错误,提出了一种触觉重定向方法,使得交互操作可以在相邻目标间连续切换,并能有效防止切换时的虚拟手抖动;实验结果表明该交互方法不仅易于使用,而且提高了交互效率和交互准确性.      

视觉机器人货物识别技术探究

对某现代物流储仓中168箱货物进行机器视觉技术试验,通过硬件和软件系统对货物进行了图像采集、处理和分析,建立机器人视觉技术进行货物物流公司和包装类型的识别模型,并对该机器人视觉识别模型进行检验,综合识别准确率高达98.96％.该视觉系统可有效用于现代物流储仓的机器人货物识别,能够加快物资转运速度、降低运作成本并使控制自动化,符合现代物流的要求,市场前景广阔.     

基于Visual FoxPro的CAI课件鼠标智能交互技术

＂继电接触控制系统＂是《电工学》中的重要内容,这部分内容通常需要使用多媒体课件来辅助教学活动以达到预期教学效果。传统的课件通常是使用Office组件——PorwerPoint制作的静态画面,具有难以接受用户交互、难以实时反映电路状态等缺陷。介绍了《笼型电动机直接起动控制线路的电气控制原理》课件的设计过程,讨论了使用计算机高级语言（Visual Fox-Pro6.0）编程手段,实现CAI课件的鼠标智能交互技术,使课件具有能够最大限度接受用户鼠标交互、实时反映电路及电路元件状态等优点,变静态为动态,变单媒体为多媒体,有效化解教学难点。     

三维地层模型及可视化技术研究

体元构造是三维地层建模的核心。针对地质体的层状结构特征，利用平面不规则三角网，构造三棱柱体元；指出：三棱柱体元的分解与剖分是模型切割重构的关键之所在。在此基础上，通过OpenGL技术实现三维模型的可视化。最后，结合东深供水改造工程，进行了三维地层模型构建及可视分析工作。