[发明专利]一种新型互动投影系统

说明书

技术领域

本发明涉及非接触式人机交互领域，特别涉及一种新型互动投影系统。

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。

发明内容

本发明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，提供一种新型互动投影系统。

为了达到上述目的，本发明提供的一种新型互动投影系统，包括：用于投射互动数据的视频图像投影单元；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。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：所述图像采集单元包括红外LED灯矩阵组及设置于红外LED灯矩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。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：所述红外LED灯矩阵组的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。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：所述摄像头的镜头前设有一层红外带通滤波片。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：所述摄像头采用红外广角摄像头。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：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。

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：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）：

   （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；

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）：

     （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

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（300）采集到的图像数据通过径向畸变参数k进行径向校正。

    （3）

根据本发明提供的新型互动投影系统一优选技术方案是：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；

（4）