[发明专利]一种新型互动投影系统

权利要求书

1.一种新型互动投影系统，其特征在于，所述新型互动投影系统包括：用于投射互动数据的视频图像投影单元（100）；用于采集图像数据的图像采集单元（300）；用于将采集的图像数据进行畸变校正和透视变换以及对所采集图像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（400）；用于将跟踪的图像数据坐标输送至Flash互动单元（500）的通信单元（200）；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（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； 

所述图像数据处理单元（400）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（410）；用于完成视频图像投影单元（100）的投影区范围到图像采集单元（300）采集区域的透视变换的图像透视变换模块（420）；用于提取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（430）；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（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；

所述摄像头校正模块（410）包括：

一叠加模块（411），用于将摄像头（304）对标定板N个角度拍摄的N幅图像进行叠加，得到如下矩阵方程：

                                                  （1）

其中为校正后的图像坐标，为校正前的图像坐标，为径向畸变系数， 为校正后的像素坐标，为校正前的像素坐标，N≧9； 

其中：

 ；

一矩阵变换模块（412），用于将方程（1）变换为方程（2）：

     （2）

其中，S为N*N的矩阵，k为径向畸变参数，d为N*1的列向量；及

一径向畸变参数求解模块（413），用于根据公式（3）：

    （3）

得到摄像头（304）的径向畸变参数k；将图像采集单元（300）采集到的图像数据通过径向畸变参数k进行径向校正；

所述图像透视变换模块（420）通过公式（4）：

    （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；其中，为摄像机采集的二维图像上任意像素点的坐标，

为变换矩阵；

所述背景更新模块（430）包括：

一前景提取模块（431），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）：

              （5）

转换成一个背景的统计模型，将待分析帧的图像与背景模型图像进行差分，通过选取适当的阈值，对差分后的图像进行阈值分割，将图像变换成二值化图像，使运动前景图像从背景中分离出来；及

一前景腐蚀及膨胀模块（432），用于通过图像腐蚀运算和图像膨胀运算除去运动前景图像中的离散噪声；

所述运动分割跟踪模块（440）包括：

一运动分割模块（441），用于利用金字塔光流模型对运动前景图像进行分割，具体过程：通过对图像进行连续的降采样，得到一个图像集合，该集合中所有的图像都来源于同一幅图像，从金字塔的第i层（）生成第i+1层（），首先对进行卷积，删除卷积结果中所有偶数行和基数列，产生的新图像的面积是源图像面积的四分之一，通过上述的方法对输入的图像循环执行操作，并对得到的每层金字塔图像进行优化，就生成了整个分割金字塔，建立完图像金字塔之后，在第层的像素和第层的像素建立映射关系，通过这种方式，对每层图像进行分割，并标记分割区域；及

一运动跟踪模块（442），用于跟踪分割后的图像数据，具体过程：首先将图像金字塔方法分割后的区域范围内的所有像素都设置为当前的系统时间，随着矩形区域的运动，新的轮廓被获取并被下一系统时刻分割出的轮廓覆盖，较早被分离出的运动部分被置为历史图像，并用较暗的矩形描绘；其次，设置一个时间阈值，记录在这一时间内记录的分割后的运动区域，若记录轮廓超过了系统设定的时间阈值，则较早记录的分割出的区域图像将被删除；最后，对时间阈值范围内i时刻的分割域计算运动轮廓定义为，i+时刻的分割域计算运动轮廓定义为，通过和计算出在时间内的梯度，即在时间内，分割范围内的局部运动方向。