基于视觉技术的嵌入式人机交互研究

随着嵌入式以及人机交互技术的发展,嵌入式人机交互已经成为当前的研究热点之一。而视觉技术作为嵌入式人机交互的重要技术,具有广阔的研究和应用前景。本文介绍了嵌入式人机交互技术的发展以及视觉技术在嵌入式人机交互中的应用,并提出嵌入式视觉技术的发展方向与前沿技术。

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高新技术

基于视觉技术的嵌入式人机交互研究郑仁广陈启安黄蔚诚 (厦门大学计算机科学系福建厦门 3 1 0 ) 6 0 5摘要：着嵌入式以及人机交互技术的发展，随嵌入式人机交互已经成为当前的研究热点之一。而视觉技术作为嵌入式人机交互的重要技术，有广阔的研究和应用前景。本文介绍了嵌入式人机交互技术的发展以及视觉技术在嵌入式人机交互中的应用，具并提出嵌入式视觉技术的发展方向与前沿技术。 关键词：嵌入式人机交互视觉技术中图分类号： 0 F4 7文献标识码： A文章鳊码； 6 4 9 X 2 0 ) 2 a一0 0—0 1 7—0 8 ( 0 8 O () 0 5 2

接的交互方式由用户直接参与(如按下键盘上今年来，随着 3 ( c N费电子、计算机、通的“ n e”键 )而隐含的输入方式是根据 e t r,信 )品、工业过程控制的智能化需求、全用户的动作或行为来进行，产如系统自发的进行识球互联网的高速发展，嵌入式系统正以它体积自动视频捕捉，别或翻译等。例如德国慕 MMI, 小、专用性强等特点深入社会应用的各个层尼黑大学的嵌入式电子地图交互系统 TI次。嵌入武系统面向用户的特性决定了嵌入通过手机摄像头进行对物理而非电子地图进行 式人机交互方式在所有嵌入式系统开发中的重信息提取…。要地位。

1引言

解决途径。 1益拓宽的网络带宽以及丰富的 3图像资源，供了目标图像的丰富的关联信提息。通过网络的海量信息进行图像匹配，是解决图像识别问题的一条有效途径。 图像识别系统在旅游导航等方面有着广阔的应用前景。设想一下，作为一个旅游者， 可以将看到的自然界信息拍摄成图片，过网通

如今大多数的嵌入式设备，尤其是智能手机，配备了一个兆像素级的摄像头。可以都预见，基于摄像头的视觉技术在嵌入式设备中 的应用将越来越广泛。本文致力于研究嵌入

嵌入式人机交互在计算平台上有着严格的络识别出图片信息并进行导游 l。但是， 6】由于传感器噪音限制。帮助检测和分析的传感器设备必须足嵌入式设备的

处理器与内存局限、以及图像信息识别的复杂问题，嵌够小以放入嵌入式设备，同时根据信息计算量等内在问题，的大小来判断由设备本身进行处理或是传送到入式设备图像识别技术还需要进行大量研究工作。 3 3基于标记与无标记的实时追踪 .虽然通过标记意味着可以由嵌入式摄像头追踪出信息的相关位置，但是这些都是依赖于

拥有足够计算能力的服务器上进行处理。当 式视觉技术在嵌入式系统人机交互中的应用，前的嵌入式人机交互大多数是基于文本方式， 并提出嵌入式视觉技术与人机交互的一些前沿而视觉和语音信息具有文本信息无可比拟的资源丰富性，这种传统的交互方式将逐渐被图 研究方向与技术。

片、语音甚至是视频方式取代。由于目前嵌嘈杂环境中的人造视觉标记。通常这是无法入式处理器性能方面的局限，基于视觉往往需做到的，因为由于摄像头的功能或设定，以及之通过远程服间的距离和光线环境等客观条件的限制，而标自8年代以来， 0随着软件工程学的迅速发要通过网络等方式进行数据传输，展和新一代计算机技术研究的推动，人机交互务器将处理后的数据传回。 .虽然如此，基于记通常需要一个最小的范围或者是阙值。标因此必须在环境技术( ma~ c ie Itrcin, ) Hu n Ma hn nea t HCI o的设视觉的交互方式在各个应用领域依然具有无可记通常是必须被摄像头可见，

2嵌入式人机交互与视觉

比拟的优越性。 中放置多个标记，这些标记导致环境的视觉混乱，使用户感觉不舒适。目前的一种解决而方向。人机交互是研究人、计算机、环境和它们之间相互关系的技术”I。 3嵌入式视觉交互前沿研究方法是使用人类的眼睛无法看到的光学标记， 虽然视觉技术在嵌入式交互中有着广阔的如标记使用红外线防涂改墨水。而这种解决在嵌入式设备刚刚兴起的早期，见的常、如红外光源和红 P DA等小型手持式设备上，由于硬件条件等的发展前景，是由于计算环境需求等问题的存途径依赖于特殊的硬件设备，但计和开发已成为国际计算机界最为活跃的研究

限制，使用的人机交互方式非常简单，一般通过在，还存在着许多需要解决的问题。接下来外线摄像头。而且这种特殊的标

记只能被应键盘、开关、LED、LCD显示屏等方式进我们将讨论几个前沿研究热点及其解决方向。用于一些特定的表面上。 相对于前文提到的基于标记的追踪技术， 行字符型的交互。几乎看不到我们在 P机 3 1文本定位与识别 C .机器自发的看到的种种支持。随着手持式设备的硬件条自然文本是与自然环境交互中经常出现的我们更加需要的是无人工标记的，.

件的提高，在最近的 W i 0 M o l nd WS bie, S mba P l y in,am等嵌入式设备上，出现了如温度

整摄像头正确的对准物理地图。 这种无标记实时追踪的方法提供了一种积这样可以把识别以及追踪问题的用户交互方法，如用户可以拍摄图片或是一本定位与识别变为一种可能。在一个照相簿极的解决方案。段视频来记录一个特定环境。下一步手机摄注释系统的页码中，每个页面的页码通过一个转变为在透镜映射的固有影响下匹配两组结构但是，考虑到嵌入式设备的计算能力， 像头将转入另一种隐含的用户交互方法，也就特殊的标记来实现，这种标记可以直接被一些的问题。是帮助设备或系统在当前设备环境中捕获信手机摄像头定位并识别。这个办法推动了 必须尽可能的减少结构方法的计算复杂度。 但是基于自然文息。例如利用嵌入式摄像头进行运动检测来摄像头文本识别技术的发展，用于手机上的一些简单游戏的控制 f。除此本的识别研究还存在着一定难度。 3 l 4结语之外，嵌入式摄像头正变得更小、更便宜并 3 2图像识别 .本文讨论了嵌入式交互技术以及视觉技术相对于文本识别，由于图像的易理解性和在嵌入式人机交互中的应用，并提出了当前视且具有更高的处理能力。例如已经可以在进行视频会议的同时进行拍照。对比于传统的普遍性，入式设备的视频图像识别正越来越觉技术在嵌入式交互中的前沿研究领域以及解嵌视 PC平台的人机交互，嵌入式人机交互是人与嵌成为研究热点。 E常生活中可见的条形码识决方向。对比于传统的数据信息，觉信息 l

丰富信息资源。相比于已经是一种历史悠久的成熟技术的基于扫描器的光学符号识别，基 传感器、压力传感器、摸屏、摄像头、语音干摄像头的文本识别

技术还处于起步阶段。触等人机交互方式。其中，兆像素级的摄像头已这项技术的难题一方面在于文本捕捉时的光线经是一个广泛配置的手机设备 lI 2。预计到不均、扭曲、宽角光学畸变等等影响，虽然 20 0 9年，5 8%的手机将配置一个嵌入式的数码随着摄像头设备工艺的发展，显著降低了工作摄像机。根据 I f Trn s ( n o e d数据， www .a r难度， cp .但是另一方面文本资料数字化还是一个很难逾越的难关。 cr ) o。 n 目前手机摄像头的使用依赖的是一种直接通过标记的方法可以使得基于摄像头的文

信息实时追踪技术。如在物理地图的信息识别过程中，不需要通过人工标记，而利用了物理地图与电子地图的本质相象的特点。理论上

来说，由于底图限定了拓扑结构，边标定了顶/ 几何以及其他语义实体的要素，物理地图与电 子地图都可以通过标号图进行建模。因此， 结构匹配变为一个有效的工具并能帮助我们调

已经为自然界图像识别提供了很好的拥有无比丰富的资源环境而且十分适用于目益入式设备的直接或隐含的输入输出方式。直别系统，

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