专利名称：互动投影装置的制作方法
技术领域：
互动投影装置
技术领域：
本实用新型涉及非接触式人机交互领域，特别涉及一种互动投影装置。背景技术：
随着微电子技术的不断发展，计算机被广泛地应用到了人类社会的各个领域，各 种人机互动设备与方法应运而生，主要完成以下的功能文字、图像和视频编辑功能；影音 娱乐功能；工业控制功能；辅助学习功能；显示输出功能。按照人机交互设备可以分为以下 几类1、通过鼠标和键盘实现的交互主要包括文字录入与编辑、图像和视频编辑、计算 机程序编写以及网络应用；2、通过传感器实现的交互主要包括生产线产品生产流程管理、产品质量控制、反 向工程；3、通过特定工具实现的交互主要包括通过手写笔和其他设备实现的计算机辅助 设计。上述方法在其本身所处的范围中能够很好地发挥作用，但在互动投影方面无法达 到理想的效果。互动投影主要指通过人体的运动和姿态来控制投影系统，使其发出相应，表 现出不同的影像。传统的键盘鼠标和工业传感器无法获取人体的运动和姿态信息。随着计算机视觉技术的不断发展，我们可以通过图像处理的方法获取人体的运动 和姿态，该方法不但具有实时快速的优点，兼具有非接触的特征。非常适合互动投影系统。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对目前通过键盘、鼠标或传感器实现的互动投影系统存 在的对硬件传感器的依赖，通过红外光投影技术和图像处理技术，获取并识别操作者输入 的控制信息，将控制信息传递给表现模块，实现非接触方式的人机互动，提供一种互动投影
直ο为了达到上述目的，本实用新型提供的一种互动投影装置，包括用于投射互动 数据的视频图像投影单元；用于采集图像数据的图像采集单元；用于将采集的图像数据进 行畸变校正和透视变换以及将采集的图像数据中的背景图像与运动图像分离，更新背景图 像，并对运动图像进行分割、跟踪的图像数据处理单元；用于将跟踪的图像数据坐标输送至 Flash互动单元的通信单元；及用于根据跟踪捕获到的运动图像、输出相应的Flash互动效 果的Flash互动单元；所述视频图像投影单元、图像采集单元分别与图像数据处理单元连 接，所述图像数据处理单元、通信单元、Flash互动单元和视频图像投影单元依次连接。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述图像采集单元包括 红外LED灯具阵组及设置于红外LED灯具阵组中心位置的摄像头；所述图像采集单元顶部 设有摄像头旋转装置，底部设有透红外亚克力薄板。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述红外LED灯矩阵组
3的LED灯向矩阵组中心倾斜一定角度；所述角度的范围是40至50度，最优角度为45度。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述摄像头的镜头前设 有一层红外带通滤波片。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述摄像头采用红外广 角摄像头。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述图像数据处理单元 包括用于对摄像头采集的图像数据进行径向校正的摄像头校正模块；用于完成视频图像 投影单元的投影区范围到图像采集单元采集区域的透视变换的图像透视变换模块；用于提 取将透视变换后的图像数据中的运动前景，并更新背景的背景更新模块；及用于将运动前 景图像进行分割，标记分割区域，并对分割后的运动前景图像进行跟踪的运动分割跟踪模 块；所述摄像头校正模块、图像透视变换模块、背景更新模块和运动分割跟踪模块依次连 接。根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述摄像头校正模块包 括叠加模块，将摄像头对标定板N个角度拍摄的N幅图像进行叠加，得到矩阵方程(1)
(“‘- )((^)2+(/)2) (M1 -心((X1)2 +(J1)2) (ν1 -vl)((xlf Hy1)2) (ν1 -vl0)((^)2 Hy1)2) MM
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N ..N//N\2 , /..Yx2>
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(1)
— <)(竹 + (,)勹(Zi-ν;χ(> ) +{/)).其中(X*，y*)为校正后的图像坐标，(X，y)为校正前的图像坐标，k1 k2为径向畸 变系数，(U，ν)为校正后的像素坐标，(u，ν)为校正前的像素坐标，N彡9 ；矩阵变换模块，与叠加模块连接，用于将方程(1)变换为方程(2)Sk = d(2)其中，S为N*N的矩阵，k为径向畸变参数，d为为N*1的列向量；及径向畸变参数求解模块，与矩阵变换模块连接，用于根据公式(3)得到摄像头的 径向畸变参数k ；将图像采集单元采集到的图像数据通过径向畸变参数k进行径向校正。k= (StS) _1STd(3)根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述图像透视变换模块 通过公式(4)，将校正后的数据图像的像素点变换成与投影区域矩形对应的矩形图像；
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为3X3变换矩阵， 为变换后图像上点的坐标t
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4[0027] 根据本实用新型提供的互动投影装置一优选技术方案是所述背景更新模块包 括前景提取模块，用于通过累计3至6帧图像，计算每帧图像的绝对差图像，将不同的彩色 通道的图像按照公式(5)
权利要求一种互动投影装置，其特征在于，所述互动投影装置包括视频图像投影单元(100)、图像采集单元(300)、图像数据处理单元(400)、通信单元(200)及Flash互动单元(500)；所述视频图像投影单元(100)、图像采集单元(300)分别与图像数据处理单元(400)连接，所述图像数据处理单元(400)、通信单元(200)、Flash互动单元(500)和视频图像投影单元(100)依次连接。
2.根据权利要求1所述的互动投影装置，其特征在于，所述图像采集单元(300)包括红 外LED灯具阵组(302)及设置于红外LED灯具阵组(302)中心位置的摄像头(304);所述图 像采集单元(300 )顶部设有摄像头旋转装置(301)，底部设有透红外亚克力薄板(303 )。
3.根据权利要求2所述的互动投影装置，其特征在于，所述红外LED灯矩阵组(302)的 LED灯向矩阵组中心倾斜一定角度；所述角度的范围为40至50度。
4.根据权利要求3所述的互动投影装置，其特征在于，所述红外LED灯矩阵组(302)的 LED灯向矩阵组中心倾斜角度为45度。
5.根据权利2所述的互动投影装置，其特征在于，所述摄像头(304)的镜头前设有一层 红外带通滤波片。
6.根据权利2所述的互动投影装置，其特征在于，所述摄像头(304)采用红外广角摄像头。
7.根据权利要求1所述的互动投影装置，其特征在于，所述图像数据处理单元(400)包 括摄像头校正模块(410)、图像透视变换模块(420)、背景更新模块(430)及运动分割跟踪 模块(440)；所述摄像头校正模块(410)、图像透视变换模块(420)、背景更新模块(430)和 运动分割跟踪模块(440)依次连接。
8.根据权利要求7所述的互动投影装置，其特征在于，所述摄像头校正模块(410)包 括叠加模块(411)和径向畸变参数求解模块(413)。
9.根据权利要求7所述的互动投影装置，其特征在于，所述背景更新模块(430)包括 前景提取模块(431)和前景腐蚀及膨胀模块(432)。
10.根据权利要求7所述的互动投影装置，其特征在于，所述运动分割跟踪模块(440) 包括运动分割模块(441)和运动跟踪模块(442)。
专利摘要本实用新型公开了一种新型互动投影系统。包括视频图像投影单元、图像采集单元、图像数据处理单元、通信单元及Flash互动单元；所述视频图像投影单元、图像采集单元分别与图像数据处理单元连接，所述图像数据处理单元、通信单元、Flash互动单元和视频图像投影单元依次连接。本实用新型通过红外光投影技术和图像处理技术，获取并识别操作者输入的控制信息，并传递给表现模块，实现非接触方式的人机互动；采用与传统模式不同的校正模板，视频校正有大幅改善；图像场景变换采用高效透视变换技术，使得整个互动过程操作方便，高效快速。
文档编号G06T7/20GK201699871SQ20102030186
公开日2011年1月5日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者林岚, 王帅, 王浩, 田全, 臧影 申请人:联动天下科技(大连)有限公司