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Kinect 기반 손 모양 인식을 위한 손 영역 검출에 관한 연구
A Study on Hand Region Detection for Kinect-Based Hand Shape Recognition 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.18 no.3, 2013년, pp.393 - 400  

박한훈 (부경대학교 전자공학과) ,  최준영 (한양대학교 컴퓨터공학부) ,  박종일 (한양대학교 컴퓨터공학부) ,  문광석 (부경대학교 전자공학과)

초록
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손 모양 인식은 자연스러운 인간-컴퓨터 상호작용을 위한 기반 기술이다. 본 논문에서는 Kinect 기반 손 모양 인식을 위해 효과적으로 손 영역을 검출하기 위한 방법에 대해 논의한다. Kinect는 컬러 영상과 적외선 영상(혹은 깊이 영상)을 동시에 획득할 수 있는 카메라이기 때문에, 손 영역을 검출하는 과정에서 컬러 정보와 깊이 정보를 활용할 수 있다. 즉, 손 영역은 스킨 컬러를 가지는 영역으로 검출될 수도 있으며, 일정한 깊이 값을 가지는 영역으로 검출될 수도 있다. 그러므로, 이러한 방법들의 성능을 분석하여, 손 영역의 실루엣이 깔끔하게 도출될 수 있도록 적절히 결합하는 방법이 마련되어야 한다. 이는 손 모양 인식률을 크게 좌우하기 때문이다. 최종적으로 일반적인 환경에서 손 영역 검출 방법의 차이에 따른 손 모양 인식률을 비교함으로써, 성능이 우수한 손 영역 검출 방법을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hand shape recognition is a fundamental technique for implementing natural human-computer interaction. In this paper, we discuss a method for effectively detecting a hand region in Kinect-based hand shape recognition. Since Kinect is a camera that can capture color images and infrared images (or dep...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 몇 가지 검출 방법을 제시하고, 각 방법을 이용하여 손 영역을 검출한 후, 주어진 손 모양 인식 방법을 이용하여 검출된 손 영역의 모양을 인식하여 인식률을 비교, 분석함으로써, 성능이 우수한 검출 방법을 제안한다. 그러나, 본 논문의 목적은 손 영역을 검출하기 위한 새로운 알고리즘을 개발하는 데 있는 것이 아니라, 각각 깊이 정보와 컬러 정보에 대해 우수한 성능을 가지는 기존의 검출 알고리즘을 Kinect 영상에 적용했을 때 정확한 손 영역을 검출하기 위해서 깊이 정보와 컬러 정보를 어떻게 활용하는 것이 유리한가를 분석하는 데 있다.
  • 시스템의 인식률을 결정하는 요건은 다양하지만, 크게 보면 카메라 영상으로부터 손영역을 검출하는 방법과 검출된 손 영역의 모양을 인식하는 방법의 성능이 가장 중요하다. 따라서, 본 논문에서는 Kinect 영상으로부터 손 영역을 정확하게 검출하는 방법에 대해 논의한다. 몇 가지 검출 방법을 제시하고, 각 방법을 이용하여 손 영역을 검출한 후, 주어진 손 모양 인식 방법을 이용하여 검출된 손 영역의 모양을 인식하여 인식률을 비교, 분석함으로써, 성능이 우수한 검출 방법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 Kinect 기반 손 모양 인식 시스템에서 인식률을 향상시키기 위한 손 영역 검출 방법에 대해 논의하였다. 컬러 정보와 깊이 정보를 협력적으로 사용함으로써 손 영역의 실루엣을 보다 정확하게 검출할 수 있었으며, 손모양 인식에서도 높은 인식률을 안정적으로 달성할 수 있음을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 Kinect에 기반한 손 모양 및 동작 인식 시스템 개발을 목표로 두고. 높은 인식률을 달성하기 위한 방안을 마련하는 데 초점을 둔다.
  • 실험자들은 동일한 환경에서 각 손가락이 잘 구분되도록 6 가지 손 모양을 나타내었다. 실험은 컬러 영상 기반 방법과 깊이 영상 기반 방법 모두 잘 동작할 수 있는 일반적인 환경에서 수행되었는데, 이는 앞서 설명한 각 방법이 불리한 특수한 환경에서의 성능은 예측 가능하기 때문에, 예측이 어려운 일반적인 환경에서의 성능을 파악하기 위해서이다

가설 설정

  • 이러한 사실을 반영하듯, 컴퓨터 비전 관련 분야에서는 그 동안 손 모양 및 동작을 인식하기 위한 다양한 기술이 개발되어 왔다. 가능한 손 모양에 관한 영상 혹은 이로부터 추출된 특징 벡터 등의 데이터베이스를 만들어 두고, 단순히 2D 패턴 매칭이나 특징 벡터 비교를 통해 손바닥 포즈나 손 모양을 인식하기도 하고[1][2][3], 손의 기하학적인 특성을 기반으로 손가락을 검출하여, 손가락의 수로부터 손 모양을 인식하기도 하고[2][3], 손의 정확한 3D 모델을 미리 가지고 있다고 가정하고, 손 모델을 카메라 영상 상의 2D 손 영상과 매칭시키는 방법으로 손 모양을 인식하기도 한다[4]. 그러나, 기존 방법들은 대부분 컬러 영상만을 사용하기 때문에, 양질의 컬러 영상 획득이 불리한 환경에서는 제대로 동작하기 힘들다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
손 모양 인식은 어떤 기술인가? 손 모양 인식은 자연스러운 인간-컴퓨터 상호작용을 위한 기반 기술이다. 본 논문에서는 Kinect 기반 손 모양 인식을 위해 효과적으로 손 영역을 검출하기 위한 방법에 대해 논의한다.
Kinect는 어떤 카메라인가? 본 논문에서는 Kinect 기반 손 모양 인식을 위해 효과적으로 손 영역을 검출하기 위한 방법에 대해 논의한다. Kinect는 컬러 영상과 적외선 영상(혹은 깊이 영상)을 동시에 획득할 수 있는 카메라이기 때문에, 손 영역을 검출하는 과정에서 컬러 정보와 깊이 정보를 활용할 수 있다. 즉, 손 영역은 스킨 컬러를 가지는 영역으로 검출될 수도 있으며, 일정한 깊이 값을 가지는 영역으로 검출될 수도 있다.
손 영역의 실루엣이 깔끔하게 도출될 수 있도록 적절히 결합하는 방법이 마련되어야 하는 이유는? Kinect는 컬러 영상과 적외선 영상(혹은 깊이 영상)을 동시에 획득할 수 있는 카메라이기 때문에, 손 영역을 검출하는 과정에서 컬러 정보와 깊이 정보를 활용할 수 있다. 즉, 손 영역은 스킨 컬러를 가지는 영역으로 검출될 수도 있으며, 일정한 깊이 값을 가지는 영역으로 검출될 수도 있다. 그러므로, 이러한 방법들의 성능을 분석하여, 손 영역의 실루엣이 깔끔하게 도출될 수 있도록 적절히 결합하는 방법이 마련되어야 한다.
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참고문헌 (12)

  1. C. Cao, Y. Sun, R. Li, and L. Chen, "Hand posture recognition via joint feature sparse representation," Optical Engineering, vol. 50, no. 12, pp. 127210, 2011. 

  2. J. Choi, H. Park, and J.-I. Park, "Hand shape recognition using distance transform and shape decomposition," Proc. of ICIP'11, pp. 3666-3669, 2011. 

  3. J. Choi, J. Park, H. Park, and J.-I. Park, "iHand: an interactive bare-hand-based augmented reality interface on commercial mobile phones," Optical Engineering, vol. 52, no. 2, pp. 027206, 2013. 

  4. I. Oikonomidis, N. Kyriazis, and A. A. Argyros, "Markerless and efficient 26-DOF hand pose recovery," Proc. of ACCV'10, pp. 744-757, 2010. 

  5. http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/ 

  6. S. Han, J. Choi, and J.-I. Park, "Two-hand-based interaction method using a hybrid camera," Proc. of IPIU'13, 2013. 

  7. http://mathnathan.com/2011/02/depthvsdistance/ 

  8. http://labs.manctl.com/rgbdemo/ 

  9. A. Kim and S. Rhee, "Recognition of natural hand gesture by using HMM," J. of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 22, no. 5, pp. 639-645, 2012. 

  10. M. J. Jones and J. M. Rehg, "Statistical color models with application to skin detection," IJCV, 46(1), pp. 81-96, 2002. 

  11. A. Kulshreshth, C. Zorn, and J. J. LaViola Jr., "Real-time markerless Kinect based finger tracking and gesture recognition for HCI," Proc. of IEEE Symposium on 3D User Interfaces, pp. 187-188, 2013. 

  12. J. St. Jean, Kinect Hacks: Tips & Tools for Motion and Pattern Detection, O'Reilly Media, 2012. 

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