Kinect For Windows V2开发日志七：照片合成与背景消除

上一篇里讲到了Kinect可以从环境中区分出人体来。因此可以利用这个功能，来把摄像头前的人合成进照片里，和利用Photoshop不同的是，这样合成进去的人是动态且实时的。

简单的思路

BodyIndex用的是深度数据，只能用来判断画面中的点属不属于人体而不能用来直接显示画面，Color图里的数据只能用来显示而没有其他功能。所以如果深度数据能和彩色数据配合的话，就能利用深度数据来识别出彩色数据中的哪些点属于人体。但是深度帧的分辨率是512 x 424，而彩色帧的分辨率是1920 x 1080，无法将他们对应起来。然而微软提供了一个叫ICoordinateMapper的类。

简单来说：将彩色图上的点转换到深度图的坐标系中->判断某点是否是人体->是的话从彩色图中取出此点，与背景替换。

代码

//这份代码累死哥了

#include <iostream>
#include <opencv2/imgproc.hpp>
#include <opencv2\highgui.hpp>
#include <Kinect.h>

using   namespace   std;
using   namespace   cv;

int main(void)
{
    IKinectSensor   * mySensor = nullptr;
    GetDefaultKinectSensor(&mySensor);
    mySensor->Open();

//************************准备好彩色图像的Reader并获取尺寸*******************************

    int colorHeight = 0, colorWidth = 0;
    IColorFrameSource   * myColorSource = nullptr;
    IColorFrameReader   * myColorReader = nullptr;
    IFrameDescription   * myDescription = nullptr;
    {
        mySensor->get_ColorFrameSource(&myColorSource);

        myColorSource->OpenReader(&myColorReader);

        myColorSource->get_FrameDescription(&myDescription);
        myDescription->get_Height(&colorHeight);
        myDescription->get_Width(&colorWidth);

        myDescription->Release();
        myColorSource->Release();
    }

//************************准备好深度图像的Reader并获取尺寸*******************************

    int depthHeight = 0, depthWidth = 0;
    IDepthFrameSource   * myDepthSource = nullptr;
    IDepthFrameReader   * myDepthReader = nullptr;
    {
        mySensor->get_DepthFrameSource(&myDepthSource);

        myDepthSource->OpenReader(&myDepthReader);

        myDepthSource->get_FrameDescription(&myDescription);
        myDescription->get_Height(&depthHeight);
        myDescription->get_Width(&depthWidth);

        myDescription->Release();
        myDepthSource->Release();
    }
    
//************************准备好人体索引图像的Reader并获取尺寸****************************

    int bodyHeight = 0, bodyWidth = 0;
    IBodyIndexFrameSource   * myBodyIndexSource = nullptr;
    IBodyIndexFrameReader   * myBodyIndexReader = nullptr;
    {
        mySensor->get_BodyIndexFrameSource(&myBodyIndexSource);

        myBodyIndexSource->OpenReader(&myBodyIndexReader);

        myDepthSource->get_FrameDescription(&myDescription);
        myDescription->get_Height(&bodyHeight);
        myDescription->get_Width(&bodyWidth);

        myDescription->Release();
        myBodyIndexSource->Release();
    }

//************************为各种图像准备buffer，并且开启Mapper*****************************

    UINT    colorDataSize = colorHeight * colorWidth;
    UINT    depthDataSize = depthHeight * depthWidth;
    UINT    bodyDataSize = bodyHeight * bodyWidth;
    Mat temp = imread("test.jpg"),background;               //获取背景图
    resize(temp,background,Size(colorWidth,colorHeight));   //调整至彩色图像的大小

    ICoordinateMapper   * myMaper = nullptr;                //开启mapper
    mySensor->get_CoordinateMapper(&myMaper);

    Mat colorData(colorHeight, colorWidth, CV_8UC4);        //准备buffer
    UINT16  * depthData = new UINT16[depthDataSize];
    BYTE    * bodyData = new BYTE[bodyDataSize];
    DepthSpacePoint * output = new DepthSpacePoint[colorDataSize];

//************************把各种图像读进buffer里，然后进行处理*****************************

    while (1)
    {
        IColorFrame * myColorFrame = nullptr;
        while (myColorReader->AcquireLatestFrame(&myColorFrame) != S_OK);   //读取color图
        myColorFrame->CopyConvertedFrameDataToArray(colorDataSize * 4, colorData.data, ColorImageFormat_Bgra);
        myColorFrame->Release();

        IDepthFrame * myDepthframe = nullptr;
        while (myDepthReader->AcquireLatestFrame(&myDepthframe) != S_OK);   //读取depth图
        myDepthframe->CopyFrameDataToArray(depthDataSize, depthData);
        myDepthframe->Release();

        IBodyIndexFrame * myBodyIndexFrame = nullptr;                       //读取BodyIndex图
        while (myBodyIndexReader->AcquireLatestFrame(&myBodyIndexFrame) != S_OK);
        myBodyIndexFrame->CopyFrameDataToArray(bodyDataSize, bodyData);
        myBodyIndexFrame->Release();

        Mat copy = background.clone();                  //复制一份背景图来做处理
        if (myMaper->MapColorFrameToDepthSpace(depthDataSize, depthData, colorDataSize, output) == S_OK)
        {
            for (int i = 0; i < colorHeight; ++ i)
                for (int j = 0; j < colorWidth;++ j)
                {
                    DepthSpacePoint tPoint = output[i * colorWidth + j];    //取得彩色图像上的一点，此点包含了它对应到深度图上的坐标
                    if (tPoint.X >= 0 && tPoint.X < depthWidth && tPoint.Y >= 0 && tPoint.Y < depthHeight)  //判断是否合法
                    {
                        int index = (int)tPoint.Y * depthWidth + (int)tPoint.X; //取得彩色图上那点对应在BodyIndex里的值(注意要强转)
                        if (bodyData[index] <= 5)                   //如果判断出彩色图上某点是人体，就用它来替换背景图上对应的点
                        {
                            Vec4b   color = colorData.at<Vec4b>(i, j);
                            copy.at<Vec3b>(i, j) = Vec3b(color[0], color[1], color[2]);
                        }
                    }
                }
            imshow("TEST",copy);
        }
        if (waitKey(30) == VK_ESCAPE)
            break;
    }
    delete[] depthData;         //记得各种释放
    delete[] bodyData;
    delete[] output;


    myMaper->Release();
    myColorReader->Release();
    myDepthReader->Release();
    myBodyIndexReader->Release();
    mySensor->Close();
    mySensor->Release();

    return  0;
}

详细说明：

SDK中提供了一个叫ICoordinateMapper的类，功能就是坐标系之间的互相转换，用来解决数据源的分辨率不同导致点对应不起来的问题。我们需要的是将彩色图像中的点与深度图像中的点一一对应起来，因此使用其中的MapColorFrameToDepthSpace()这个函数。

首选，需要准备好三种数据源：Color、BodyIndex、Depth，其中前两个是完成功能本来就需要的，第三个是转换坐标系时需要，无法直接把Color的坐标系映射到BodyIndex中，只能映射到Depth中。

然后是读取背景图，读取之后也要转换成Color图的尺寸，这样把Color中的点贴过去时坐标就不用再转换，直接替换就行。接下来也要读取三种Frame，为了易读性，不如把准备工作在前面都做完，在这一步直接用Reader就行。

然后，利用MapColorFrameToDepthSpace()，将彩色帧映射到深度坐标系，它需要4个参数，第1个是深度帧的大小，第2个是深度数据，第3个是彩色帧的大小，第4个是一个DepthSpacePoint的数组，它用来储存彩色空间中的每个点对应到深度空间的坐标。
要注意，这个函数只是完成坐标系的转换，也就是说它对于彩色坐标系中的每个点，都给出了一个此点对应到深度坐标系中的坐标，并不涉及到具体的ColorFrame。

最后，遍历彩色图像，对于每一点，都取出它对应的深度坐标系的坐标，然后把这个坐标放入BodyIndex的数据中，判断此点是否属于人体，如果属于，就把这点从彩色图中取出，跟背景图中同一坐标的点替换。

要注意的是，DepthSpacePoint中的X和Y的值都是float的，用它们来计算在BodyIndex里的坐标时，需要强转成int，不然画面就会不干净，一些不属于人体的地方也被标记成了人体被替换掉。

效果图

背景为一张1920 * 1080的壁纸