Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   9 , No .   2 ,  Febr ua ry   201 8 ,  pp.  474 ~ 480   IS S N:  25 02 - 4752 ,  DOI: 10 .11 591/ ijeecs . v9.i 2 . pp 474 - 480           474       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Visu al - based Fing erti p Detec tio n fo r  Hand  Re ha bil itati on       Day ang Q urr at u ’ aini  1 , Ali   So p hian 2* ,  W ah j u S e dion o 3 , Haz li na  M d   Yu s of 4 ,  Sud S udirma n 5   1, 2, 3, 4 Depa rtmen t  of  Me chatroni c s E ngineeri ng ,   K ull i yy ah   of Engi nee ring ,   In te rn ational Isla m ic Unive rsit y   M al a y si a,   Jala n  Gom bak, 5 3100  Kuala L um pur,   Mal a y s ia   5 School  of  Com puti ng  and  Math emati c al Sci en ces ,   Li v erp ool   John Moores Univers ity ,   Li ve rpool,  UK       Art ic l e In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   S ep   11 , 201 7   Re vised  N ov   5 , 201 7   Accepte d  Dec  11 , 201 7       Thi s  pape r  pre se nts  a  visual   det e ct ion  of  finge r tips   by   using  a  class ifi catio n   te chn ique   b ase d  on  the   b ag - of - w ords  m et hod.   In  thi s  work,  th e  fi nger ti ps  ar e   spec ifica l l y   of  p eopl e  who  ar e  h oldi ng  a  th era p y  bal l ,   as  it   is  intended  to  b e   used  in  a  hand  reh abilitati on  pr oje c t.   Speed ed  Up  Robust  Feat ure s  (SU RF )  desc ript ors  are   used  to  gen erate  feature   v ec to rs  and  the n   th e  ba g - of - fea tu r e   m odel   is  construc te d  b y   K - m ean  cl usteri ng  wh ic h  red u ce s  the  num ber   of  fea tur es.   Finall y,   a  Support  Vec tor  Mac hin e  (SV M)  is  tra ine d  t o  produc e  a   cl assifi er  that  di stingui shes  whet her   the   f eature   v ec tor  b el ongs  to   a  finge r ti p   or  not.   A  tot al   of  4200  images,   2 100  finge rti p  images  a nd  2100  non - finge rt ip   images,   were   us ed  in  th e  experi m ent .   Our  results   show   tha t  the   s ucc ess  rates  for  the   finge r ti p   det ection  a re  hi gher   tha n  94%  which  demons tra te s  that  th e   proposed  m et ho d  produc es  a  p rom ising  result   for  finge r ti p   de te c ti on  fo r   the rap y - b all - ho l ding  hands.   Ke yw or d s :   Ba g of   Wor ds   Fing e rtip  detec ti on   K - m ean cluster ing   SU RF     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ali So phia n ,    Dep a rtm ent o f M echatronic s  En gin eeri ng,  K ulli yy ah  of E nginee rin g,   In te rn at io nal Isl am ic  U ni ver sit y  Ma la ysi a, Jalan  Go m bak ,  53 100 K uala L um pu r,  Mal ay sia   Em a il :  ali_s op hian @ii um .ed u. m y       1.   INTROD U CTION     Me dical   app li cat ion s,  incl ud i ng   hand  re ha bi li ta t ion   for  str ok e  s urviv ors,   hav e  be ne fite d  from   the  adv a nces  i n  te chnolo gy  f or   m any  ye ars.   The  ex plo it at ion  of   c om pu te r  vi sion   in  this  a ppli cat ion   fiel d  has  no t   been   s pa red   a nd   has  bee n  t he  sub j ect   of   m any  research  work s .  Alth ough  c om pu te r  visio n  te chnol og y  ha s   been   a dvanci ng  ra pid ly   thr ough ou t  the  ye a r s,  the re  are  st il l  so m e  diff ic ult  chall eng e s  that  relat e  to  vi sion - base d  ap proac h  f or  f in ger ti p  detect ion   that need  t o  be  ove rco m e.  The  ch al le ng es  that n eed  to d eal   with  are ( 1)   the  no n - rigid   natu re  of  hand s  possessi ng   a   high  degree  of  f reedom   that  m akes  i t  diff i cult  to  m at ch  var i ou s   sh a pes  of  fi ng e rs  with  a   set   of  i m ages,  (2)  t he re  is  a   va riet y  of  or ie ntati on   and  ap pea ran c e  of  fin ger ;  t hus  it   is   diff ic ult  to  det ect   the  s hap e   a nd  post ur e  of  t he  fin ger s   accu ratel y  and  r obust ly ,  and  ( 3)  sli gh t  dif fer e nces   m a y   le ad  to  su bs ta ntial   err or  in  the  case  of   fi ngerti ps   that  be longs  to  the  sam e  per son  [1 ] .   These  chall en ges  get   even m or e sig ni ficant w he n  c omm ercial  v isi on syst em s ar e u se d,  i ns te ad o f  th os e  of in du stria l gr a de.   In   t his  pa pe r,   a   pote ntial   so lut ion   us in g  m a chine  le a rn i ng   i s  to  be  use d  i n  hand  reh a bili ta ti on .  O ne  of   the  wi dely   pr a ct ic ed  re hab il it at ion   e xer ci se  is  by  aski ng  the  patie nt  to  s qu eeze   a  fle xib le   exe rcise  ba ll   in   his/her  ha nd s  r epeti ti vely   [2 ] .  The  balls  ha ve   var io us   le vel s  of   resist a nce  to  accom m od at e  the  var io us   le vels   of   li m i ta ti on   of   t he  patie nt s’  ha nds.  Howev e r,   one  of  the  c halle nges  is  to  m e asur e  obj ect i ve ly   or  qu a ntit at ively  t he  pro gress tha t has b ee n  m ade if  any. Machi ne - visio n - base d  syst em   m ay  offer  a  non - intr us iv e   way  of   m easurem ent  of   fin g e rtip  posit ion.  S om e  pr esent  re hab il it at ion   is  assist ed  by  m a chine  vision   ba sed  syst e m   involv es  the  interact ion   betwee n  hu m an  and   virtua l  wo rl d.   Dete ct ion   an d  trac king  of  fin ger t ip  are   essenti al  in  a  re cogniti on  of   f ing e rtip in  a c onta ct le ss positi on m easu rem e nt.   Ther e   hav e   be en  wor ks   on  fing e rtip  detect ion  usi ng  m achine  vision  by  ot her   resea rch e r s.  An  en gi ne   dev el op m ent  fo r  fi ng e rtip  de te ct ion   in  rea l - tim e  that  is  ta rg et ed  at   m ob il e  de vices  for  the  Nat ur a l  Use r   In te r faces   ( N UI s )  [3 ] ;  syst e m   dev el op m ent  tha t  is  ca pabl e  of  detect in g  fin ger ti p  in   a   reli able  m anner  in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Visua l - base d  F ing ert ip  D et ect ion  f or   H and  R ehabili tati on   ( Da y ang Q ur r at u’aini )   475   com plex  env ir on m ent  under   diff e re nt  li gh t  conditi ons,  dif fer e nt  scenes  without  any  m ark e rs  [ 4];   Feng  et   al .  (20 12)  us e d  Kinect  se ns or   for  fin ge rtip  detect ion   for  wr it in g - in - the - ai r  char act e r  r ecog niti on   syst e m ;  an   appr oach   th at   al lows   the  detect ion   of  ha nd  a nd   fin ger ti p  wi th  or   with ou t  il lum inati on   in  c lutt ered   backgroun d  [5 ] .  It  s houl d  be   note d  that  no t  al l  hand   gest ure  recog niti on   would  re quire  t he  determ inatio n  of  t he  posit ion  of   the f i ng e rtips.   They m ay  j us t  rely  on th e  ove rall  sh a pe of  th e h a nd [6].   This  pa per   is  orga nized  as  f ol lows .  T he  relat ed  w ork  on  fin ger ti p  detect ion s  is  rev ie wed  in  Sect ion  2.   I n  sect io n  3,   t he  pro po s e d  al go rithm   for  fi ng e rtip  det ect ion   t he  e xperim ental   resu lt s  are  pr e se nte d  a nd  discusse d. Fi na ll y, the su m m a ry of the  wo rk  is pr e sente d  in   the concl udi ng secti on.       2.   FIN GERTI P D ET ECTI O N ALGO RIT HM   2.1.  B ag  of   W ords   Ba g  of  wor ds   (BoW)  m od el   has  been  us e d  in  m achine  vis ion   for  a rou nd  a  deca de.   The   m od el   was   or i gin al ly   app l ie d   in  nat ur al   la ngua ge  analy sis  wh e re  a  te xt   do c um ent  is  r epr ese nted  i n  a   histogram   of   words   without  co ns id erin g  the  gr am m ar  and   the  orde r  or   the  loc at ion   of   the  w ords  in  the  te xt .  The  m od el   would  bu il d  a  dicti on ary  con sist in g  the  vo ca bula ry   of   w ords  it   has  found  in  the  te xts  that  are  fed   into  the  m od el   as  the  input.  When  it   com es  t o  the  ap plica ti on   in  m achine   vision,  the  m od el   has  bee n  popu la r  due  to  it s   si m plici t y  and   eff ect ive ness  [ 7]   and   it   is  al s o  widely   know n  as  bag   of  vis ual  words  and   bag   of   featu res .  The  sam e   researchers  sta te d  that  tradit ion al ly   Bo W   em plo ys  scal e - inv a riant  f eat ur e  tra nsfo rm   (S IF T)  de s cripto r s   that re du ces  th e d im ension al it y of t he feat ure  sp ace .   To  buil d  the  di ct ion ary,  al so   known  as  c odeboo k,   that  co ns ist s  of   the  vi su al   words,  th e  te chn iq ue   extracts  th ese  visu al   w ords  from   the  trai ning  im ages  –   as   il lustrate d  by  th e  flo wc har t  i n  Figure  1.  D ur i ng  th e   le arn in g  sta ge,  a  la rg e   set   of  im ages  of  dif fere nt  cl asses  a re  us e d.   From   each  im age,  ext ra ct ion   of  key points  is   init ia ll y  carried  out.  S ubseq ue ntly ,  for  each   keyp oin t,  f eat ur e  desc riptors   are  est ablishe d  w hich  re pres ent  th e   featur e s  of  the   neig hborh ood  of   the  keyp oi nt.  I n  the  next   ste p,   f or   dim ension   reduc ti on   pu rposes,  thes e   descr i ptors  a re   cl us te re d  int o  gro up s ,  wh ic h  are  cal le d  visua l  wor ds .  All  the  gen e rated   vi su al   w ords  fro m   the   trai ning  i m ages  are  colle ct ed  as  the  cod e book,  w hich  is  eq uiv al ent  to  a  di ct ion ary  co ntainin g  the  vocab ulary   of wor ds .             Figure  1. Ext ra ct ion   of  Feat ur es  an d  Ge ner at ion   of the   Co de book       Durin g  an  im a ge  rec ogniti on  sta ge,   extract ion   of  key po i nts,  de fini ng   f eat ur e  de script or s  a nd   t he   cl us te rin g  of  th e  descr i pto r s  are  carrie d  out  in  ge ner at in g  th e  bag   of   wor ds  for  the  im age,  wh ic h  is  basic al ly   a   histo gr am  o f  t he  v is ual wor ds  that are  present  in  the  im age,  su ch  as s how n  i n  Fi gure  2.           Figure  2 Hist ogram  o f  Vis ual  w ord  Occ urre nces     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 7 4   –   4 8 0   476   2.2 .   Speede d  Up   R ob us t  Fe at u res  (S U RF )   SU RF  was   intr oduce d  by  Ba y  et   al   [ 8] ,  wh ic h  has  pro ven  t o  be  e ff ect ive   and  po pu la r,   t hanks   to  it s   rep eat a bili ty ,  disti nctiveness  and   relat ively   fast  sp ee d.   I n  var i ou s  c om par at ive  w orks,   s uch   as  [9] ,  al thou gh  SU RF  has  lo w er  num ber   of   i den ti fie d  featu res  an d  sli ghtl y  lower   nu m ber   of  co rr ect   m a tc hes  com par e d  to  it s   pr e decess or,  S cal e - Inva riant  Feat ur e  T ra ns f or m   (S IF T ),   it   perform s  a  hig her   num ber   of  correct   m at ch es  pe r   giv e n  ti m e  [10] .  Bot h  of  th ese  m et ho ds   a re  scal e  i nv a ri ant  an d  im ple m entable  in  re al - tim e  syst e ms  [ 11 ] .  SU RF co ns ist s  o f  fou r  sta ges, wh ic h  are inte gr al  i m age g en erati on, approxim at ed  Hessian  detect or, d es cripto r   or ie ntati on   as sign m ent  an d  de scripto r  gen e ra ti on   [ 12]   .  F or achievin g  high   sp ee d,  f ollo wi ng  it s  popula ri zat ion   by  Viola  an d  Jo nes  [13] ,  this  d et ect ion   us es  inte gr al   im ages  that  red uce  t he  num ber   of   m at hem at ic al   op e rati ons. Th e integ ral im ag e  Σ   is de fine d  m at hem a ti cal l y as t he follo wing :     Σ ( , ) = ∑ ∑ ( , ) = 0 = 0               (1)     Hessian   m at rix  is  us e d  on  the  integr al   im age  for  the   local iz a ti on   a nd  scal in g  of   i nterest p oi nts,  w hic h  par ti cula rly   loo ks   f or   blob - li ke  str uctu res  w her e  t he  high  de te rm inants  of  the  m a trix  are  pr ese nt.  T he  H essia n  m at rix  H(X, σ)   in an im age’ s point  X  at  scale   σ is d e fine d  as   fo ll ows:     ( , ) = [  ( , )  ( , )  ( , )  ( , ) ]               (2)     wh e re    ( , )   is  t he  conv olu ti on   of   the   Gaussi an   sec ond  order  de rivati ve   2 2   ( )   w it h  th e   i m age I  at  po i nt  X , a nd sim il a rly  f or   ( , ) ,   ( , )   an d   ( , ) .     Fo ll owin g  inte rest  point  de te ct ion ,  S URF  i d entifi es  an  i nterest  point  de sc riptor  ar ound  e ach  intere st  po i nt,  wh ic h  i nc lud es   the  dom inant  or ie ntati on .  Each   re gion   ar ound  the   int erest  point   is  s plit   into  s ubre gi on s .  Fo r  eac h  s ub - r egio n,  a  v ect or is de fine d by  us in g Haar  w a velet  r es pons es . T hese  vecto rs  for m  the d esc r iptor.     2.3. K - Me an s  Clust eri n g   K - m ean  cl us te rin g  is  one  of  the  m e tho ds  f or  im age  seg m e ntati on ,  w hich   is  the  cl assifi cat ion   of  a n  i m age  into  dist inct  gro up s .  Be fore  ap plyi ng  this  unsuper vi sed  le ar ning  te chn i qu e ,  an  i niti al   enh ancem ent  is   a pp li ed   to   the  i m age  for  im a ge  im pr ovem e nt.  A  s ubtract ive  cl ust erin g  m et ho d  ge ner a te s  centr oid s   wh ic h  i s   base d  on  the  pote ntial   value  of   data  points.   In   oth e r  w ord s,  subtract ive  c luster  is  us e d  t o  ge ne rate  the  init ia l   centers  w hich  i s u se d  i n K - m ean alg ori t hm  f or the  data  po i nts [1 4]   In   t his  w ork,   it   is  us ed   to  ass oc ia te   the  gen e r at ed  desc ript or  to  the  ri ght  cl us te r,   w hich  is  al so   kn own   as  vis ual  worl d  i n  the   bag - of - w ords   te ch nique.   By   us i ng  t his  cl ust erin g,  the  cl assifi cat ion  sta ge ,  w hich  is  t he  nex t  ste p,  will   deal with  lo we r data  d im ension that, i n  t urn, help s in  g ai ning a  highe r proc essing sp eed .     2.4. Sup po r t Vect or M achi ne ( S V M)   SV M i s a supe rv ise d  le ar ning   m et ho d  that i s  u sed for r e gre ssion  a nd classi ficat ion  [15 ] . I t carries out   cl assifi cat ion   by   creati ng   a  m ulti - dim ensional   hyperplane  wh ic h  di vid es  the  data  into  t wo   gro ups  opti m al l y.  This  m akes  S VM  cl assifi er   m od el   cl os el y  associat ed  wit h  neural  netw orks .  T he  SV M  cl assifi er  m od e l  us es  a  sigm oid  k er nel  fun ct io n, w hic h  is si m il ar to  the tw o - la ye r  pe rcep tr on  of n e ur al   netw ork.       3.  E X PE RIME NT AN D D ATA GAT HE RING   3.1.  E xp eri me nt al  Setup   In   this  work,  a   com m ercial   hig h - de ns it y  (HD)   L ogit ech  C615  w ebcam   with  a  res olu ti on   of   1920  x  1080 p ixels  ha s b een used . An  exam ple o f  im age cap ture d by the w ebcam  is as sh own  in   Figu r e  1 .  Fig ure  1   is   an  exam ple  of   an  im age  of   a  hand  ho l ding  a   thera py  ball.  The  im ages  are  captu red   wh i le   the  web cam   fa ci ng   upwa rd s  wh ic h  is  facing   a  li gh t - em itti ng   sou rce  in  the  cei lin g.  The  glare  f ro m   the  li gh t  s ource  co ntribut es  to  the v a riat ion o f  intensit y i n  ea ch  ca ptured  im age.    The  set up  f or  the  data  im age  gathe rin g  is  il l us trat ed  i n  Fig ur e  4.   T he  bl ue   ci rcles  deno te   the  posit ion  of   the  hands  w her e  the  distan ce  betwee n  ad ja cent  blu e  ci rc le s  is  app r ox i m at ely  10   cm .   The  distance  Yh a nd   denotes  th e  pe r pendicula r  distance  of   t he  po s it ion   of  hands  t o  the  we bcam .  The  web cam   captu red   t wo  im ages   of the  ha nd at  each  posit ion .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Visua l - base d  F ing ert ip  D et ect ion  f or   H and  R ehabili tati on   ( Da y ang Q ur r at u’aini )   477       Figure  1   E xam ple of  a  Ca pt ured  Im age  of   a   Ther a py - Ba ll - Ho l ding  Hand           Figure  4 .   Ex pe rim ental   Setup   (Blue  Ci rcles  Denotes  t he  P osi ti on   of  t he  H ands  in  the  E xperim ent )       3.2.  I ma ge D ata  G at heri n g    Fo r   im age  data   gat her in g,  a  fe w   set s   of  im ages  we re  ca ptur ed.  Dif fer e nt  ha nd  siz es,   s kin  col or s ,  a nd  or ie ntati on s   f r om   10   dif fer e nt   ind i viduals  ( 5  m al e  and  5  f e m al e)  wer e   in cl ud e d  i n  the   c aptu red  im age  data.   Exam ples o f  hands  of   dif fer e nt orientat io ns   are s how n  in   E rror!  R e feren ce so urce n ot foun d. .                             Figure  5. Im ages of  Hand  of  Diff e re nt  O rientat ion s       The n,   the  im ages  of   the  fin ge rtips  an d  no n - f ing e rtips  we re  crop ped   from   hand  ho l ding  ba ll   i m ages.  The  siz e  of   t he   crop ped   im ages  for  bo t h  fi ngerti p  a nd  non - fin ge rtip  im ages  is  50x5 0  pi xels.  Ba sic al ly ,  non - fin ger ti p  im ages  are  im ages  t hat  do  not  co nt ai n  any   fin gert ip,  instea d  t he y  con ta in  the  ba ckgr ound,  the   ball,   the  hand  w rist,   et c.  All  the  cr oppe d  i m ages  are  store d  in  two  se par at e  f ol der s,  on e  of   wh ic h  is  fo r  fing e rtip   i m ages  and  the   oth e r  is  f or  no n - fin ger ti p  one s.  Exam ples  f r om   bo th  group s  of  im ages  are   show n  in   Fig ure  2 .  A  total   of 42 00 i m ages h a ve b een  ob ta in ed  th at  w il l be  us e d for  bo t h  cl assif ic at ion  traini ng and  validat io n.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 7 4   –   4 8 0   478     3.3.  De tection  Va li d at i on  Te sting   By   us ing   the  im age  data  gath ered,  the  cl assifi cat ion   m achi ne  was  the n  tra ined  an d  the n  the  detect io n  su ccess  r at e  w as eval uated. F igure  7  ca ptu r e s how the  exp e rim ent an d  e va luati on   we re  done  step - by - ste p.     An  ar ray  of  im age  set s  is  c on structed   ba sed   on  tw o  m ai n  cat egories;   fin ge rtip  a nd  no n - f ing e rtip.  T he  nu m ber   of  im a ges  pe r  cat eg ory   as  well   as  categ ory   la bels  w as  insp ect e d.   I f   the  num ber   of  i m ages  are  un equ a l   per   cat e gory,  then  it   can  be  a dju ste d  so   t hat  there  will   be  equ al   nu m ber   of   im ages  per   cat egory.  The  set s  are   then  sepa rated   into  t rainin g  an d  validat io n  set s.   T he  s plit ti ng   w as  r andom iz ed  to   preve nt  the   resu lt s    to b e  b ia se d.           Figure  7.   Ca te gory  Cl assifi ca ti on   T raini ng       The  bag   of   w ord  te ch nique  is  from   the  natur al   la ngua ge   processi ng   a da pted  to  c om pu te r  vision.   Im ages  do   not  con ta in  discret e  word s ,  there f or e ,  SU RF  featur es  from   each  i m age  cat ego r y  m us t  be  colle ct ed  into  a  vis ual  ‘ vo ca b ulary’.   T he  visu al   voca bu la ry  is  co ns t ru ct e d  by  re du ci ng   t he  num ber   of   featu res  t hro ugh  qu a ntiza ti on   of   featur e  sp ace  us in g  K - m ean  cl us te rin g.   F ur t her m or e,  the  vi su al   wor d  occ urre nces  in  an  im age  wer e  c ounted  by  const ru ct i ng  a  histo gr am   to  reduce  the   rep re sentat io n  of   an  im age  as  sh ow n  in  Er ror!   Ref ere nce  so u rce  no t  f ound . .  The  e ncode d  trai ning  im a ges  f ro m   bo th   cat ego ries  are   fed   into  a  cl assifi e r   trai ning  proces s.   Durin g  the   ev al uation  cl assi fier’ s   pe rfor m ance,  t he  trai ning  set   was  te ste d  an d  a  near   pe rf ect   conf us io n  m at rix  was   pr oduce d.   T he  cl assifi er  e valuati on  s te p  was   al so  pe rfor m ed  with   validat io n  set ,  wh ic h  was  not  us e d  durin g  the  trai ning.  T he  co nfusi on   m at rix  pro du ce d  is  a  good   in dicat or   of   ho w  we ll   the   cl assifi er is  perform ing .                     (a)     (b)   Figure  2   E xam ples  of  t he  Im a ges : (a ) Fi ngert ip and  ( b)   N on - fin ge rtip    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Visua l - base d  F ing ert ip  D et ect ion  f or   H and  R ehabili tati on   ( Da y ang Q ur r at u’aini )   479   4.  E xp eri men t al R e sults  a n d  A n aly sis   In   this  sect io n,  we  assess  the   su ccess  rate  of  the  detect io n  al go rithm .  In   the  ex per im ent,  a  total   of   4200  im ages  was  use d.  The   i m age  data  set s  con sist   of  2   m ai n  su bs et s  su c h  as  fin ge rtip,  an d  non - fi ng e rtip   i m ages,  each  with  a  reso l ution   of   50  x  50   pix el s.  T he  set   i m ages  are  div ide d  into  th re e  cat ego ries:   tr ai nin g,   validat io n,  a nd  unu s ed  sets. T he  s plit ti ng   of the  data set s  wa s r a ndom iz ed  to a vo i d biasi ng  the   resu lt s.     Table  1  sho ws   the  ave ra ged   su ccess  rate  f or  the  detect ion  of   fin ge rtip  a nd   non - fi ngerti p  w he n  th e   nu m ber   of  vali dation  im ages  var ie s  f r om   10 0  to  20 00   im a ges.   Ba se d  on  Figure  8  t hat  sh ows  the  gr a phic al   represe ntati on   of   t he  da ta   in  Table  1,  we  ob serv e d  t hat  the   highest  s ucces s  rate  f or   t he  fi ng e rtip  is  95.6%  an d  for  no n - fin ger t ip  is  92.4%,  w hich  is  acce ptably  high.  T he  tren d  al so   s how s  that  if  the  nu m ber   of   trai ni ng  dat a   is i ncr ease d, a  higher  su cce ss  rate can  b e  obt ai ned ,  es pecial ly  f or the  non - f ing e rtip  detect ion.       Table  1.   A ver a ged  S uccess R at e   from   Vali dation  Set   No .  o f  tr ain in g   i m ag es   Av eraged  su ccess  rate   (%)   Fin g ertip   No n - f in g ertip   100   9 3 .8   83   500   9 4 .2   8 7 .4   1000   9 5 .6   92   2000   9 4 .4   9 2 .4           Figure  3 .   G raph  of  No . o f  T ra ining  Im ages  vs  A ver a ge d  S uc cess  Ra te   of t he  Detect ion  of  Fi ng e rtip  a nd  N on - fin ger ti p usi ng  Vali dation  Set       A  hist ogram   of   vis ual  w ord  occurre nces  w as  ge ner at e d  duri ng   cl assi ficat ion   trai ni ng  as  show n  i n  Er ror!   Ref ere nce  sourc e  n ot  f ou n d. .  The  histo gr am   fo r m s  a  basis  fo r  trai ning  a  cl ass ifie r  an d  f or  th e  act ual   i m age  cl assifi cat ion .  I n  oth e r  words,  it   encodes  an  im age  into  a  feat ur e  ve ct or .  Eac h  e nc od e d  trai ning  i m ages  in  each   cat eg ory   are  fed  into   a  cl assifi er  tr ai nin g.  In   t he  recog niti on   sta ge,   t he  im age  is  represe nted  by  th e   visu al   w ords  t ha t wil l be  disti nguis hed b y t he  classi fier.   Figure  4   s how s  ty pical   res ults  of  the   detect ion   al gorithm   wh e n  t he  al go rithm   is  app li ed  sca nnin g  ov e r  a  f ull  i m age.  T he  gr ee n  detect ion   box  sign ifie s  par t  of   t he  im age  wh e re  fi ng e rtips  are  detect ed.   T he y   sh ow  ho w  the  im pr ov em ent  has  been   achie ve d  w hen   a  high er  nu m ber   of  trai nin g  im ages  is  us ed.   T he  ou tpu ts   sh ows  a  prom i sing res ult i n  t he dete ct ion.                (a)     (b)     (c)   Figure  4   Re s ul ts of the  Detect ion   Algo rithm ;  ( a) N o.   of  T rainin g  Im ages =10 0,  (b) No . of   Trainin g  Im ages =1 000, (c ) N o.   of  T rainin g  I m ages =2 000   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 7 4   –   4 8 0   480   5.   CON CLUSIONS   In   this  work,  it   has  bee n  sho wn   that  the  m e thod  base d  on  SU RF  a nd   bag  of   w ords  has  been   s how n  a   good  pe rfor m ance  in  detect in g  fin ge rtips  in  i m ages  wh e re  a  hand  is  holdi ng   a  the ra py  ba ll   that  is  no r m al l y  us e d  in   a  post - stroke  hand   th erap y.   T he  s uc cess  rate  was   ge ner al ly   f ound  to  be   inc rease d  w hen  the   num ber  of   trai ning  im age s  wer e  i ncr eas ed,   es pecial ly   in  the  co rr ect   i den ti ficat io n  of  the  non - fin ge rtip,  i.e.  l ow e r  fals e   po sit ive  detect ion   r at es.  T he   su ccess  rate  for  the  fi ngert ip  detect ion   r eached  highe r   tha n  94 %  wi th  the  al gorithm ,  whic h  is  reas ona bly  high  for  t he  the rap y  a ppli cat ion s,  des pite  the  use   of  com m ercial - gr a de  ca m eras.       ACKN OWLE DGE MENTS   This  researc h h as b ee n  s uppo r te d  by  I ntern at i on al   Islam ic  U niv e rsity  Mal ay sia  thr ou gh th e resea rch  gr a nt  RI GS1 5 - 151 - 01 51.     REFERE NCE S   [1]   G.  W u  and  W .   Kang,   “ Robust  Fingert ip  De tect ion  in  a  Com plex  Envi ronm ent,”  IEE E   Tr ansactions   on  Mult imed ia ,  vol.   18 ,   no .   6 .   pp .   978 – 987 ,   2016 .   [2]   D.  Jabe r;  R. ;  He ws on;  F.,   D.;   J.,   “ Design  and  va li dation  of  the   Grip - bal l  for  m ea sure m ent   of  hand  grip  strengt h , ”   Med.   Eng .   Ph y s. ,   vol .   34 ,   no .   9 ,   p p.   1356 – 1361 ,   2 012.   [3]   M.  Bal dauf ,   S.  Za m bani ni ,   P.  F röhli ch ,   and  P.  Rei chl,  “ Marke rless  vi sual  fi nge rtip  det ection  fo r  natural  mobil e   dev i ce i nt erac ti o n , ”  Proc .   13 th  In t.   Conf .   Hum .   C om put.   Inter act.  with  Mob.  D evi c es  Serv. ,   pp .   539 – 544,   2011 .   [4]   D. - D.  Y.  D. - D.  Yang,   L. - W .   J.  L. - W .   Jin,  and  J. - X.  Y.  J. - X.  Yin,   “An  ef fe c tive  robus t  fi ngerti p  de te c ti on  method  f or   fi nger  writi ng  ch aracte r  rec ognition  system, ”   2005  Int.   Conf.   Mac h.   L ea rn .   C y b ern . ,   vol .   8 ,   no.   Augus t,   pp.   18 – 21,   2005.   [5]   N.  Branc a ti ,   G.  Caggi an ese ,   M.  Frucc i,   L .   Gall o ,   and  P.  Neroni ,   “Robust  fi ngert ip  det e ct ion  in  e goce ntri c  vi sion   under  vary ing   i llum inat ion condi t ions,”   2015  IE E E  Int .   Conf .   Mul ti m ed.   Expo  W o rk.   ICMEW   201 5,   2015 .   [6]   L.   L i  and  L.   Zh ang,   “ Corner   De te c ti on  of  Hand  Gesture , ”   Telk o mnika  Indone s.  J.   E lectr.   Eng.,  vol.   10,   no.   8 ,   p p.   2088 – 2094,   201 2.   [7]   W .   Li ,   P.  Dong,   B.   Xiao,   and  L .   Zhou,   “ Obje ct  rec ognition  bas ed  on  the   Reg io n  of  Inte rest  an d  opti m al   Bag  o f   W ords m odel , ”   Neurocomputi ng ,   vol .   172 ,   pp .   27 1 – 280,   2016 .   [8]   H.  Ba y ,   A .   Ess,   T.   Tu y tela ars,   and  L .   Van  Go ol,   “ Speede d - U p  Robust  Feat ur es  (SU RF ), ”   Comput.   Vi s .   Image   Unders t . ,   vo l. 11 0,   no .   3 ,   pp .   346 – 359,   2008 .   [9]   J.  Baue r ,   N.   Sünderha uf,  and   P.  Protz el,  “ COMPAR ING  S EV E RA L  IMP LEM E NT ATIONS  OF  TWO   RE CENTL Y   PUBLISHED FEATURE  DETE CT ORS , ”  IFA C  Proc.   Vol . ,   vol.  40,   no .   15 ,   pp .   1 43 – 148,   2007 .   [10]   F.  Qi,   X.  W ei ho ng,   and  L.   Qi ang ,   “ Resea rch   of  I m age   Matc hin g  Based  on  Im prove d  SU RF   Algorit hm , ”  Tel komni ka  Indone s. J.   Elec t r.  Eng . ,   vol. 12,  no.   2 ,   pp .   1395 – 1402,   2014 .   [11]   M.  Khale di an  a nd  M.  B.   Menha j,   “ Real - ti m e   Vision - base d  Hand  Gesture   Rec ognition  Us ing  Sift  Feat ure s, ”   Telk omnika   Indo nes.   J .   Elec tr.   E ng. ,   vol. 15, no.  1,   pp .   162 – 170 ,   2015.   [12]   V.  A,  D.  Hebb ar,   V.  S .   Shekh ar,   K.  N .   B.   M urth y ,   and   S.  N at ar aj an ,   “ T wo  Nove l  De tector - Descriptor  Base d   Approache s for Face Recognitio n  Us ing  SIFT  an d  SURF, ”   Proce dia   Com put. Sci. ,   vol .   70 ,   pp .   185 – 197,   2015 .   [13]   P.  Viola   and  M.   Jones,  “ Rapi d  obje c t  det e ction  using  a  boosted  casc ade  of  simple   fe atures, ”   in  Proce ed ings  of  the  20 01  IEEE  Com pute r  Soc ie t y   Co nfe ren c e  on   Co m pute r  Vision  a nd  Pattern  R ec o gnit ion, 2001 .   [14]   N.  Dhana cha ndr a,   K.  Mangle m ,   and  Y.  J.  Chanu,   “ Image  Segme ntat ion  Us ing  K  - means  Cluste ri ng  Al gorithm  and  Subtract ive  C luste ring  Al gorithm , ”  Proce di a  Com put.   Sc i.,  vo l. 5 4 ,   pp .   764 – 771 ,   2 015.   [15]   N.  H.  Darda s  and  N.  D.  Georga nas,   “ Rea l - t ime  Hand  Gesture   Det ec t ion  and  Rec o gnit ion  Us ing  Bag - of - Feat ur es  a nd   Support  Vec tor   Mac hine T ec hni ques. pdf,”   IE EE  Tr ans.  Instrum .   Me as.,   vol. 60, n o.   11 ,   pp .   3592 – 3607,   2011 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.