互动投影系统及方法

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互动投影系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种立体显示领域，特别是一种互动投影系统及方法。\n背景技术\n[0002] 互动投影是一种近年来比较流行的多媒体展示平台，采用计算机视觉技术和投影显示技术，用户可以直接使用脚或手与投影区域上的虚拟场景进行交互，来营造一种动感的交互体验。互动投影系统的基本原理首先是通过图像捕捉设备对目标影像进行捕捉拍摄，然后由影像分析系统分析，从而产生被捕捉物体的运动，该运动数据结合实时影像互动系统，使参与者与投影区域之间产生互动效果。一般来说，常见的互动投影系统使用投影机作为成像设备，将计算机画面投射到地面或墙面上，形成超大的成像屏幕，并使用红外摄像机作为视频捕捉设备分析投影画面内参与者的运动，将运动信息作为计算机输入来控制投影画面，但是目前常见的互动系统中，视频捕捉设备必须位于高处投影设备附近，安装调试都不十分不方便。另一方面，目前的影像分析系统基本都是以运动检测为主，即只要是运动的物体都会导致与投影内容的互动，而并不是真正的对人体运动的感应，经常会出现摄像头附近飞过的飞虫等都会对系统产生作用。更进一步的，对于运动检测结果而言，参与者在视频中的成像范围越小，则运动检测结果转换为计算机的输入控制信号就越精确，互动效果就更逼真，因此就要求投影设备和摄像机位置尽可能高，这反过来又会对工程施工、安装调试带来更大的困难。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种互动投影系统及方法，要解决的技术问题是达到更加真实的互动投影效果，而且影像捕捉设备不需要再安装至高处，可以方便调试和使用。\n[0004] 本发明采用以下技术方案：一种互动投影系统，其特征在于：所述互动投影系统包括以下部件：\n[0005] 深度图像采集单元，用于接收并感应投影范围内的深度图像信号；\n[0006] 深度图像处理单元，用于根据深度图像采集单元收集的深度图像信号，将运动的人体从深度图像中分离出来；\n[0007] 肢体目标跟踪单元，用于根据深度图像处理单元的处理结果，，并根据互动内容的需要，跟踪用户手部或者脚部的运动轨迹，并将结果发送给互动控制单元；\n[0008] 互动内容控制单元，用于根据肢体目标跟踪单元的用户手部或脚部的运动轨迹跟踪结果，与预定的交互内容进行响应，控制并更新交互内容；\n[0009] 投影显示单元，用于投影显示交互内容；\n[0010] 所述深度图像采集单元连接深度图像处理单元，深度图像处理单元连接肢体目标跟踪单元，肢体目标跟踪单元连接互动内容控制单元，所述互动内容控制单元连接投影显示单元。\n[0011] 本发明的深度图像采集单元为深度摄像头。\n[0012] 本发明的投影显示单元为投影机。\n[0013] 本发明的采集单元设置在1000mm水平方向能够感应投影显示单元投影区域所在空间范围内。\n[0014] 一种互动投影方法，包括以下步骤：一、深度图像采集单元感应并采集包括用户在内的深度图像；二、深度图像采集单元判断用户是否有肢体动作，是则将深度图像发送到深度图像处理单元，深度图像处理单元将用户肢体信息从深度图像中分离处理，并将处理结果发送至肢体目标跟踪单元，否则继续感应并采集；三、肢体目标跟踪单元根据互动内容需要，确定跟踪目标，获取跟踪目标的动作坐标位置，并将跟踪结果发送至互动内容控制单元；四、互动内容控制单元获取用户的坐标位置后，将其映射到投影空间坐标系中，得出用户在地面投影画面上的绝对坐标位置；五、投影显示单元得到绝对坐标位置后，将交互效果投射到投影幕上。\n[0015] 本发明与现有技术相比，采用基于深度图像感应的深度图像采集单元，配合相应的深度图像处理和肢体识别单元，从而达到更加真实的互动投影效果，而且影响捕捉设备不需要再安装在高处，可以方便调试和使用。\n附图说明\n[0016] 图1为本发明的结构框图。\n[0017] 图2为本发明的流程图。\n[0018] 图3为本发明的摆放空间区域示意图。\n具体实施方式\n[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。\n[0020] 如图1所示，本发明的互动投影系统包括以下部件：\n[0021] 深度图像采集单元，用于接收并感应投影范围内的深度图像信号；\n[0022] 深度图像处理单元，用于根据结构光编码技术原理，通过对比三维环境对象结构光编码和原始平面结构光编码，来获取结构光传感器可视范围内场景深度信息，即用户经过投影范围内的深度信息，将运动的人体从深度图像中分离出来；\n[0023] 肢体目标跟踪单元，用于根据深度图像处理单元的处理结果，，并根据互动内容的需要，跟踪用户手部或者脚部的运动轨迹，并将结果发送给互动控制单元；\n[0024] 互动内容控制单元，用于根据肢体目标跟踪单元的用户手部或脚部的运动轨迹跟踪结果，与预定的交互内容进行响应，控制并更新交互内容；\n[0025] 投影显示单元，用于投影显示交互内容；\n[0026] 所述深度图像采集单元连接深度图像处理单元，深度图像处理单元连接肢体目标跟踪单元，肢体目标跟踪单元连接互动内容控制单元，所述互动内容控制单元连接投影显示单元。\n[0027] 所述深度图像采集单元为深度摄像头，负责接收并感应投影范围内的红外深度图像信号，根据应用的深度图像感应技术的不同可以选择使用结构光编码技术或者飞行时间技术，不失一般性，该深度摄像头由红外结构光发射单元和红外结构光传感器单元组成，其中红外结构光发射单元向投影区域所在范围发射经过编码的结构光平面，红外结构光传感器单元则接收经由用户经过投影范围时反射回来的红外结构光。\n[0028] 所述投影显示单元为投影机。\n[0029] 所述采集单元设置在1000mm水平方向能够感应投影显示单元投影区域所在空间范围内。\n[0030] 所述投影显示单元将投影显示单元安装在高处，将互动内容投影在目标表面，比如地面或者特殊造型的桌面上。\n[0031] 作为最佳实施例，本发明的深度摄像头采用PrimeSense公司生产的摄像头；红外结构光传感器单元采用PrimeSense公司生产的PS 1080型红外结构光传感器芯片；深度图像处理单元采用PrimeSensor公司生产的NITE中间件；肢体目标跟踪单元采用康佳集团股份有限公司生产的KK-Montion型的肢体目标跟踪器；互动内容控制单元采用康佳集团股份有限公司生产的KK-InterActive型的互动内容控制器；投影显示单元采用索尼公司生产的VPL-DX11型投影机。\n[0032] 如图2所示，本发明采用以下方法实现：一、深度图像采集单元感应并采集包括用户在内的深度图像；二、深度图像采集单元判断用户是否有肢体动作，是则将深度图像发送到深度图像处理单元，深度图像处理单元将用户肢体信息从深度图像中分离处理，并将处理结果发送至肢体目标跟踪单元，否则继续感应并采集；三、肢体目标跟踪单元根据互动内容需要，确定跟踪目标，获取跟踪目标的动作坐标位置，并将跟踪结果发送至互动内容控制单元；四、互动内容控制单元获取用户的坐标位置后，将其映射到投影空间坐标系中，得出用户在地面投影画面上的绝对坐标位置；五、投影显示单元得到绝对坐标位置后，将交互效果投射到投影幕上。\n[0033] 如图3所示本发明的深度图像采集单元与投影显示单元可以采用相互90度夹角设置，替代传统的视频捕捉设备必须安装在位于高处投影设备附近。