互动投影原理

转载自：http://blog.csdn.net/hardvb/article/details/1657008

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互动投影最近一直比较火，价格却是不菲，最近研究了一下，其实原理是很简单的。

我们知道光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm～780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。普通的摄像头感光芯片分为CCD或者CMOS, CCD色彩更好一些，CMOS造价便宜些， ，它们都有一种特殊的本领，那就是感知人眼看不到的区域。它们对近红外线也都非常敏感。那么当使用滤光片技术过滤掉可见光以后，那么摄像机看到的是什么的，应该是一片由红外辐射组成的图像。

投影机投射的光线是可见光部分，它的红外部分被它内部的过滤膜过滤掉了，这样对于摄像机来讲它看不到投影机投射的内容，如果红外线如果强的话，摄像机就可以看见人体了。怎样加强摄像机看到的物体的图像呢，幸运的是目前市场上这样红外主动发射技术已经很成熟了，例如监控市场上卖的那种夜视摄像头就可以发射近红外(850 nm), 功率更大的有专门的远距离红外灯，不过目前夜视摄像头可以达到5m的距离，所以不需要了。夜视摄像头主动发射红外，然后ccd传感器接受红外，那么互动投影中最难的部分，人体与背景虚拟对象的分割就解决了，摄像机得到的是一副黑白的单色背景的包括人的图像。

一张红外相机的图片 

那么下一步，怎样检测人体部分呢。这里对于计算机视觉来讲就是一个非常简单的技术了，就是差分，差分就是把摄像头得到的连续两帧的图像进行相减，那么得到的是什么呢，得到的是运动的部分，所以说只要人在动，差分就会把动的部分截取下来。接下来就是分析得到的数据了，再将虚拟部分投射出来了，不复杂吧。

差分图像示例：
当然复杂的互动投影不只是这些技术，这些只是最基本的原理了，其间还涉及到摄像机的标定，光流法寻找运动方向,性能的优化处理，特殊的效果。

那么互动投影最基本的设备有那些呢，

A 红外摄像机（只看红外部分，可以用监控市场上卖的那种夜视摄像头200－800元不等，如果追求更高实时交互性,可以使用高速红外相机。），
B 红外滤光片（过滤可见光,图为光谱范围）

C 高流明的投影机，(如果你没有投影机的话，也可以用你的LCD显示器代替，就可以跟你的手互动了。)
D 电脑一台(强劲的CPU是关键喽，如果你需要显示3d图形，高效的显卡也不能缺少。)
E 视频采集卡一个(负责从摄像机的模拟信号转到计算机的数字信号)

F 视频连接线等等

 

软件部分有

A 视频获取 directshow 或者vfw 或者采集卡的开发包

B 视频分析 (直接用bmp也可以， opencv更好了)

C 界面显示 (directx 3d 或者opengl 或者 flash)

D 其他辅助库 比如物理引擎ODE,载入3D模型库(lib3ds)等等