TWI382352B - 視訊手寫文字輸入裝置及其方法 - Google Patents

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Description

視訊手寫文字輸入裝置及其方法
本發明係關於一種文字輸入裝置，尤指一種適用於視訊手寫文字輸入裝置。
近幾年來隨著科技日新月異，幾乎所有的電子產品都往重量輕、體積小、功能性強的方向發展，例如個人數位助理、手機、筆記型電腦等，但由於體積的縮小導致過去常用的輸入裝置例如：手寫板、鍵盤、滑鼠及搖桿等體積較大的裝置難以結合，可攜帶性的目的也就大打折扣，因此，如何方便的對可攜性電子產品輸入資訊便成了一重要的問題。
為了能讓一般大眾都能方便地輸入資訊，許多人機互動介面的研究都正在蓬勃發展，最方便的方法莫過於直接使用手勢動作操作電腦及使用指尖手寫輸入文字，為了偵測手勢動作或指尖位置，有人提出一種以手套為基礎(Glove-Based)之方法，其是使用裝有感應器的資料手套(Data Glove)，可精確得知使用者手勢的許多資訊，包括手指的接觸、彎曲度、手腕的轉動程度......等，優點是能得到精準的手勢資訊，但缺點是成本高昂、活動範圍受到限制，長久將此設備帶在手上也會造成使用者的負擔。
另一種以視覺為基礎的方法，可細分為兩類：一是建立模型為基礎之方法，另一是以外觀輪廓的形狀資訊為基礎之方法，建立模型為基礎之方法是使用兩台以上之攝影機拍攝手部動作，然後計算出手在3D空間的位置，進而與事先建立好的3D模型比對，得知目前的手勢動作或是指尖位置，但此種方法計算量大，難以做到即時的應用，目前較常用的方法是以外觀輪廓的形狀資訊為基礎之方法，其是用單一攝影機拍攝手部動作，然後切割取出手部邊緣或是形狀的資訊，再根據這些資訊做手勢辨識或是判斷指尖位置，由於此方法的計算量較低，效果不錯，因此成為目前最常用的方法。
取得手勢動作的資訊或手寫文字的軌跡後，接著就要進行手勢或手寫文字辨識的動作，常見的方法有三種：隱藏式馬可夫模型(Hidden Markov Model)、類神經網路(Neural Network)及動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)，其中以動態時間扭曲演算法的辨識率較高，但所花費的時間較久。因此，本發明定義了一些用來建構文字模型的基本筆劃，包括八方向筆畫、八個圓弧狀筆畫和兩個圓圈筆畫，依照1D線上模型，組合出所有可能筆劃的一維序列，再以能容忍筆畫輸入、刪除、取代的動態時間扭曲演算法做文字比對，以增加比對的效能，達到可即時辨識的效果。
本發明之主要目的係在提供一種視訊文字輸入裝置，其包括有一影像擷取單元、一影像處理單元、一一維特徵編碼單元、一文字辨認單元、一顯示單元、一筆畫特徵資料庫以及一文字資料庫。其中，影像擷取單元用以擷取影像；影像處理單元用以過濾出影像中目標物的移動軌跡，目標物可為一指尖，其方法係先做圖像差異偵測，再做膚色偵測，最後挑選出最符合目標物的點的移動軌跡；筆畫特徵資料庫儲存有各種筆畫及其對應之編碼；一維特徵編碼單元，對移動軌跡進行筆畫抽取，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列，筆畫種類包括有八方向、半圓、及圓形筆畫；文字資料庫儲存有文字，其包括有中文、英文、數字、及符號；文字辨認單元，對一維串列編碼和文字資料庫進行文字比對，找出相似程度最高的文字；顯示單元用以顯示文字辦認單元找出的文字。
其中，影像擷取單元可為網路攝影機、行動裝置上之擷取影像的裝置、及嵌入式裝置上之擷取影像的裝置。文字辨認單元係使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)進行文字比對。因此，藉由本發明之視訊文字輸入裝置，俾能達成有效辨識視訊手寫文字並輸入文字之目的與功效。
本發明之另一目的係在提供一種於視訊文字輸入裝置進行文字輸入之方法，其中，視訊文字輸入裝置包括有影像擷取單元、影像處理單元、一維特徵編碼單元、文字辨認單元、顯示單元、儲存有各種筆畫及其對應編碼之筆畫特徵資料庫、及儲存有中文、英文、數字、及符號的文字資料庫。首先，影像擷取單元擷取影像，接著，影像處理單元過濾出影像中目標物的移動軌跡，目標物可為一指尖，其方法係先做圖像差異偵測，再做膚色偵測，最後挑選出最符合目標物的點的移動軌跡，然後，一維特徵編碼單元對移動軌跡進行筆畫抽取，並搜尋該筆畫特徵資料庫，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列，筆畫種類包括有八方向、半圓、及圓形筆畫，文字辨認單元再對一維串列編碼和文字資料庫進行文字比對，找出相似程度最高的文字，最後，顯示單元顯示文字辦認單元所找出的文字。
其中，影像擷取單元可為網路攝影機、行動裝置上之擷取影像的裝置、及嵌入式裝置上之擷取影像的裝置。文字辨認單元係使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)進行文字比對。因此，藉由本發明於視訊文字輸入裝置進行文字輸入之方法，俾能達成有效辨識視訊手寫文字並輸入文字之目的與功效。
為能讓讀者更瞭解本發明之技術內容，特以一視訊文字輸入裝置為較佳具體實施例說明如下，請先參閱圖1，圖1係本發明一較佳實施例之視訊文字輸入裝置之架構圖，其包括一影像擷取單元10、一影像處理單元11、一一維特徵編碼單元12、一文字辨認單元13、一顯示單元14、一筆畫特徵資料庫15及一文字資料庫16。其中，影像擷取單元10係例如網路攝影機、行動裝置上之擷取影像的裝置、及嵌入式裝置上之擷取影像的裝置從輸入之影片中擷取影像，影像處理單元11先做圖像差異偵測，再做膚色偵測，以過濾出影像中目標物，例如一指尖的移動軌跡。
一維特徵編碼單元12對移動軌跡進行筆畫抽取，請參閱圖2(A)~(B)，圖2(A)~(B)係本發明一較佳實施例之筆畫種類編碼示意圖，其是用以建構文字模型的基本筆劃，包括八方向筆畫(圖2(A)之0-7)、八個圓弧狀筆畫(圖2(B)之(A)-(H))和兩個圓圈筆畫(圖2(B)之(O)及(Q))，其皆儲存於筆畫特徵資料庫15中，一維特徵編碼單元12係依照1D線上模型，並將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列，文字辨認單元13使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)對一維串列編碼和文字資料庫16儲存之文字，例如中文、英文、數字、及符號進行文字比對，找出相似程度最高的文字，再輸出至顯示單元14顯示之。
請參閱圖3，圖3係本發明一較佳實施例之文字辨識過程示意圖，本發明先以數字「3」和「6」為範例大略說明文字辨識之過程，首先，影像處理單元11過濾出使用者在攝影機前以指尖寫「3」和「6」的移動軌跡，一維特徵編碼單元12係依照1D線上模型及筆畫之種類，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列，請同時參閱圖2(B)，「3」的筆畫為二個順時針之圓弧狀筆畫「」所組成，其所對應之編碼為E，因此3的一維編碼序列為「EE」；而「6」的筆畫為逆時針之圓弧狀筆畫「」及「」所組成，其所對應之編碼分別為CA，因此6的一維編碼序列為「CA」，最後，文字辨認單元13使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)對「EE」及「CA」和文字資料庫16中儲存之文字編碼進行比對，找出數字3及6輸出到顯示單元14。
請參閱圖4，圖4係本發明一較佳實施例之筆畫切斷示意圖，實際上，以指尖手寫文字之筆畫軌跡與持筆寫字的筆畫軌跡並不完全相同，以指尖手寫文字時因手指在一筆畫和下一筆畫之間的連續移動，會產生一些多餘的軌跡，造成辨識的困難度增加，以英文字「E」為例，其筆畫順序為「→」「↓」「→」「→」，但以指尖寫字時，在第一筆畫「→」和第二筆畫「↓」之間因指尖的移動會產生一多餘「←」之筆畫，本發明為解決此問題，將一些會造成多餘筆畫的狀況定義為筆畫切斷，例如圖4(A)~(C)之示意圖，如此便能增加筆畫的正確度，進而提高文字的辨識率。
請參閱圖5，圖5係本發明一較佳實施例之下筆及提筆手勢示意圖，本發明還定義二種不同的手勢，可結合Microsoft Office IME輸入法整合器，利用所定義的手勢進行文字輸入，下筆寫字時拇指不伸出，如圖5(A)所示，提筆移動游標時拇指伸出，如圖5(B)所示，因此，本發明可利用拇指判斷使用者是要輸入文字或單純移動滑鼠。
請參閱圖6，圖6係本發明一較佳實施例之視訊文字輸入方法流程圖，本發明之視訊文字輸入裝置包括有一影像擷取單元10、一影像處理單元11、一一維特徵編碼單元12、一文字辨認單元13、一顯示單元14、一儲存各種筆畫及其對應編碼之筆畫特徵資料庫15、及一儲存有中文、英文、數字、及符號的文字資料庫16。首先，影像擷取單元10擷取影像傳送至影像處理單元11(步驟60)，其計算所擷取之影像的畫面差異值判斷是否有物體移動(步驟61,62)，若無偵測到移動則重新擷取影像，若有則進行指尖抽取(步驟63)，接著判斷是否找到指尖(步驟64)，若有則將指尖位置記錄下來過濾出指尖的移動軌跡(步驟65)，若無找到指尖表示使用者已手寫完畢，則將軌跡傳送至一維特徵編碼單元12，其對移動軌跡進行筆畫抽取(步驟66)，並搜尋筆畫特徵資料庫15，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列(步驟67)，文字辨認單元13使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)對一維串列編碼和文字資料庫進行文字比對(步驟68)，找出相似程度最高的文字(步驟69)，最後輸出至顯示單元14(步驟70)，顯示文字辦識之結果。
請參閱圖7，本發明另以數字「6」為例詳細說明文字辨識之過程，當影像處理單元11過濾出「6」的移動軌跡後，將移動軌跡依時間順序分為多個小段，即圖7中之S1 ~S20 ，每一小段係對應一方向值，請同時參閱圖2(A)之八方向筆畫定義示意圖，S1 線段係屬於圖2(A)中157.5°~202.5°區間，意即S1 線段所對應之方向值為4，以此類推，S3 線段所對應之方向值為5，S5 線段所對應之方向值為6......等，接著對軌跡進行平滑化處理，使線段S1 ~S20 成為多個平滑段S’1 ~S’13 ，再將多個平滑段中，方向變化於一預定範圍內之平滑段合併為組合段S”1 ~S”9 ，每一組合段S”1 ~S”9 亦對應至一方向值，再依據組合段的對應方向值，將移動軌跡切割為多個筆畫，於本實施例中，組合段S”1 ~S”5 對應之方向值為45670，其所組成之筆畫為「」，而組合段S”5 ~S”9 對應之方向值為01234，其所組成之筆畫為「」，請同時參閱圖2(B)，筆畫「」及「」分別對應之編碼為「CA」，因此6的一維編碼序列為「CA」，最後，文字辨認單元13找出文字資料庫16中與一維編碼序列「CA」最相近之文字為「6」。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
10．．．影像擷取單元
11．．．影像處理單元
12．．．一維特徵編碼單元
13．．．文字辨認單元
14．．．顯示單元
15．．．筆畫特徵資料庫
16．．．文字資料庫
60~70．．．步驟
S1 ~S20 ,S’1 ~S’13 ,S”1 ~S”9 ．．．線段
圖1係本發明一較佳實施例之視訊文字輸入裝置之架構圖。
圖2(A)~(B)係本發明一較佳實施例之筆畫種類編碼示意圖。
圖3係本發明一較佳實施例之文字辨識過程示意圖。
圖4係本發明一較佳實施例之筆畫切斷示意圖。
圖5係本發明一較佳實施例之下筆及提筆手勢示意圖。
圖6係本發明一較佳實施例之視訊文字輸入方法流程圖。
圖7係本發明一較佳實施例以6為例說明文字辨識過程之分解圖。
10．．．影像擷取單元
11．．．影像處理單元
12．．．一維特徵編碼單元
13．．．文字辨認單元
14．．．文字資料庫
15．．．顯示單元

Claims (10)

  1. 一種視訊文字輸入裝置，包括：一影像擷取單元，擷取影像；一影像處理單元，過濾出影像中目標物的移動軌跡；一筆畫特徵資料庫，儲存各種筆畫及其對應之編碼；一一維特徵編碼單元，對移動軌跡進行筆畫抽取，並搜尋該筆畫特徵資料庫，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列：一文字資料庫，儲存文字；一文字辨認單元，對該一維串列編碼和該文字資料庫進行文字比對，找出相似程度最高的文字；以及一顯示單元，顯示該文字辦認單元找出的文字；其中，該影像處理單元過濾軌跡之方法係先做圖像差異偵測，再做膚色偵測，最後挑選出最符合目標物的點的移動軌跡；其中，該筆畫特徵資料庫儲存之筆畫種類包括：八方向、半圓、及圓形筆畫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該影像擷取單元包括：網路攝影機、行動裝置上之擷取影像的裝置、及嵌入式裝置上之擷取影像的裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該目標物包括一指尖。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該文字資料庫儲存之文字包括：中文、英文、數字、及符號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該文字辨認單元係使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)進行文字比對。
  6. 一種於視訊文字輸入裝置進行文字輸入之方法，該視訊文字輸入裝置包括有影像擷取單元、影像處理單元、一維特徵編碼單元、文字辨認單元、顯示單元、筆畫特徵資料庫、及文字資料庫，該方法包括下列步驟：(A)該影像擷取單元擷取影像；(B)該影像處理單元過濾出影像中目標物的移動軌跡，且該影像處理單元過濾軌跡之方法係先做圖像差異偵測，再做膚色偵測，最後挑選出最符合目標物的點的移動軌跡；(C)該一維特徵編碼單元對移動軌跡進行筆畫抽取，並搜尋該筆畫特徵資料庫，將筆畫按時間序列轉換為一維串列之編碼序列，且該筆畫特徵資料庫儲存之筆畫種類包括：八方向、半圓、及圓形筆畫；(D)該文字辨認單元對該一維串列編碼和該文字資料庫進行文字比對，找出相似程度最高的文字；以及(E)該顯示單元顯示該文字辦認單元找出的文字。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該影像擷取單元包括：網路攝影機、行動裝置上之擷取影像的裝置、及嵌入式裝置上之擷取影像的裝置。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該目標物包括一指尖。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該文字資料庫儲存之文字包括：中文、英文、數字、及符號。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該文字辨認單元係使用動態時間扭曲演算法(Dynamic time warp matching algorithm)進行文字比對。
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