随社会时代的进步,人们的生活方式发生了翻天覆地的变化,以现代科技为基础的娱乐产品已完全融入现代生活中。但是,以皮影戏为代表的众多民间传统文化却随之逐渐地退出历史舞台。从皮影戏的传承与发扬优秀传统文化的角度出发,为了让大众更好接纳与享受皮影戏文化,将机器视觉技术应用于皮影演出。设计了具有人脸检测、人手识别、人脸追踪的并联交互皮影机器人方案,在方案中对人脸检测,人脸追踪算法进行了改进与优化。本文确定了视觉交互功能并提出了系统设计方案,机器视觉功能通过计算机系统实现,皮影机器人采用并联机器人结构,设计了一款控制皮影运动的柔性并联机器人。使用计算机系统与STM32单片机联合设计程序实现交互的运动控制。首先在人脸检测阶段对获取的图像进行灰度降噪,采用Gamma校正和小波变换对图像进行预处理。结合传统的多级区域局部二值模式(Multiscale Block LBP,MB-LBP),提出了基于主方向的多级区域局部二值模式(Principal direction MB-LBP,PMB-LBP)。联合圆形LBP算子与PMB-LBP算子对小波图像求取多特征融合纹理特征,然后采用支持向量机(SVM)对图像特征进行训练,高准确率地实现人脸检测。其次在人脸追踪阶段,提出了一种环境自适应改进追踪算法。运用Camshift算法对检测到的人脸进行追踪,并对所处追踪环境进行实时判别,针对人脸遮挡,背景干扰等情况,采用线性预测机制。在追踪情况良好的情况下,采用Kalman预测机制,高精度地实现人脸追踪,为皮影机器人的运动提供了较准确的数据。最后通过搭建计算机系统视觉与交互执行机构平台验证了人脸检测,人手识别与人脸追踪的准确性。实验结果显示,视觉交互皮影机器人可以达到很好的人机交互效果,方案的理论分析与实验验证结果相吻合,证明了方案设计的正确性。本系统作为视觉交互项目具有较好的文化传承意义,对视觉交互机器人在弘扬传统文化的应用具有一定的参考价值。