【手势识别-论文学习】 Video-based Hand Manipulation Capture Through Composite Motion Control

本文介绍了一种通过视频序列捕捉手部精细动作并与3D环境中的物体交互的技术。利用多摄像头设置和全局优化方法,实现了手部动作的准确重建,并确保了交互过程的平滑性和真实性。

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(SIGGRAPH2013) Video-based Hand Manipulation Capture Through Composite Motion Control

这篇文章是粗读,因为该文是对视频序列的全局优化,所以实时性很差,和我项目相关性小。(后面的重建,优化过程没有细看)

文章概要:

作者希望能捕捉手在和物体交互的时候的精细动作,然后在3D环境中虚拟手和物体的交互。同时因为是对整个视频序列进行模拟,所以希望不要出现“unpleasant visual artifacts such as motion jerkiness, hand-object penetration, and improper interaction between the hand and object.”

因此步骤是:

  1. 用scanner扫描建立一个手部3D模型,16个点,28个自由度,然后每一帧都用PD控制模型去计算每一个自由度的角度和速度等。
  2. 3D模型运动以后,调整mesh然后在不同角度进行投影,形成多张摄像头视角的图像,这是假设值。
  3. 用6个摄像头捕捉实际中的图像(6个...尴尬),这是观测值。
  4. 目标就是,让观测值和假设值尽可能的匹配:所以需要一个匹配的标准,作者使用了轮廓,颜色,边缘三个标准来计算两者的匹配程度。
  5. 在全局(视频序列)上找一个全局最优解。但是因为在所有的帧上找最优解,解空间维度过高,因此作者将手和物体发生了碰撞的时刻作为分割点,这样来降低解空间的维度。
本文的demo视频效果看起来不错。另外比较赞同作者的一些观点:
  • data-driven的方法始终是找发生过的情况的相似解,不论是generative或者是discriminative的,都很难用于差异性较大的未知情况,比如说手抓不同的物体的方式是不同的,不可能把所有情况都作为样本来训练模型。因此手势识别中模型的加入是很有必要的。
  • 对于纯靠image的appearance的方式的确很难做到很好的稳定和精细,尤其是当只有两个或更少的摄像头时,遮挡问题会很严重,观测值丢失,会导致序列上手会发生jerk等现象。并且,也很难去做从image上去捕捉细微动作。

Abstract As robots become more integrated into humans' everyday lives, it becomes essential for them to perceive and understand people's intentions and actions. People will want a more natural way to interact with robots, closer to the way humans do it among themselves. When humans communicate, they use a rich set of gestures and body language in addition to speech, which significantly enhances their ability to get thoughts, feelings, and intentions across. Hence, robots strongly need the ability to understand human gestures and to interpret body language. One of the most expressive components of body language are hand gestures, which is why they are so important at the interface between humans and robots. This thesis presents an extensible, vision-based communication system that is able to interpret 2D dynamic hand gestures. The system consists of three primary modules: hand segmentation, feature extraction, and gesture recognition. Hand segmentation uses both motion and skin-color detection to separate the hand from cluttered backgrounds. The feature extraction module gathers hand trajectory information and encapsulates it into a form that is used by the gesture recognizer. This last module identifies the gesture and translates it into a command that the robot can understand. Unlike other existing work, this hand gesture recognition system operates in realtime without the use of special hardware. Results demonstrate that the system is robust in realistic, complex environments. Moreover, this system does not require a priori training and allows the hand great flexibility of motion without the use of gloves or special markers.
### MOKA 开放世界机器人操作概述 MOKA 是一种创新性的框架,旨在使机器人能够在开放环境中执行复杂的操纵任务。该框架利用基于标记的视觉提示技术来指导机器人的动作[^1]。 #### 基于标记的视觉提示机制 为了实现在未知环境下的有效交互,MOKA 使用特定设计的视觉标记作为引导信号。这些标记被放置在目标物体周围或表面上,提供给机器人清晰可见的位置指示和操作指令。当摄像头捕捉到带有编码信息的图像时,算法会解析其中蕴含的数据并转换成具体的运动命令。这种方法不仅提高了识别精度,而且简化了训练模型所需的数据集构建过程。 ```python def parse_visual_prompt(image): """ 解析来自图像中的视觉标记,并返回相应的操作指令。 参数: image (numpy.ndarray): 输入RGB图像 返回: dict: 包含位置和其他必要参数的操作指令字典 """ markers = detect_markers_in_image(image) instructions = {} for marker_id, position in markers.items(): instruction = decode_marker(marker_id) instructions.update({ 'position': position, **instruction }) return instructions ``` #### 实现细节与优势 - **鲁棒性**: 即便是在光照变化较大或者存在遮挡的情况下,精心设计的标记依然能够保持较高的检测成功率; - **灵活性**: 可以轻松调整不同场景下的需求,只需改变所使用的标记样式即可适应新的应用场合; - **效率高**: 减少了对大规模标注数据的需求,在一定程度上降低了开发成本和技术门槛; 通过上述方式,MOKA 成功实现了让机器人理解复杂多变的真实世界的潜力,为自动化领域带来了全新的可能性。
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