分布式互动投影系统的研究与开发

摘要

近年来，以互动投影为代表的交互显示系统发展迅速，其新颖、简单、逼真、极具趣味的交互体验让人们摆脱了单纯的看和听的被动形式，改变了人们对于只能作为观赏者对视频影像进行单方面观赏的看法，具有重要的产业意义和商业价值。
　　现有的互动投影系统多为一台电脑驱动一台投影仪的架构，多数是采用普通摄像头进行动作感知，一般适用于室内展示，而当其应用于室外复杂环境时，易受飞虫等干扰因素影响，可靠性较弱，同时其显示互动区域也偏小，为此，本文对互动投影在室外复杂环境的应用需求进行了深入研究，引入了一种分布式架构的互动投影系统，并给出了一种基于深度感知的运动目标检测与分析方法，用于过滤非目标对象的干扰，以提升系统在室外的抗干扰能力。在此基础上，为简化对分布式互动投影系统相关设备的开关控制，设计了一种基于CAN总线的一体化控制方案，有效简化了系统相关设备的开关控制，提高了系统的易用性和可靠性。主要工作如下:
　　1)设计了一种分布式互动投影系统架构，将一台主控机与多台终端机通过以太网互联协同工作，通过两级视频分割融合和动作消息融合，有效扩展了系统的互动区域，以满足大范围应用需求。
　　2)给出了一种基于深度感知的运动目标检测和分析方法，利用双目立体视觉图像深度计算方法获取目标物体的深度信息，在此基础上实现非目标对象的过滤，有效提升系统在室外的可靠性和稳健性。同时，根据互动投影的实际应用需求，针对双目立体视觉图像深度计算法，提出了一种基于网格图像的分级直方图相似性度量方法，以实现快速、精确目标匹配。
　　3)设计了一种适合分布式互动投影系统的一体化相关设备开关控制方案，通过主控机电源管理模块与多个终端机电源管理模块在CAN总线基础上的协同工作，实现对各相关独立部件启停的协同控制，简化对系统的操控。
　　4)基于上述工作，本文设计并实现了一个分布式互动投影系统原型，多次实验表明，本分布式互动投影系统具有较好的实时性、稳定性和互动效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

1．4 论文章节安排

第2章 相关技术综述

2．1 互动投影技术

2．2 三维景物深度感知技术

2．2．1 Shape from X测距法

2．2．2 光度视觉法

2．2．3 立体视觉法

2．3 互动投影系统控制技术

2．4 本章小结

第3章 基于深度感知的运动目标检测和分析方法

3．1 引言

3．2 双目立体视觉基础

3．2．1 双目立体视觉原理

3．2．2 立体标定与立体校正

3．2．3 匹配约束准则

3．3 基于深度感知的运动目标检测和分析

3．3．1 直方图分级匹配法

3．3．2 重心约束

3．3．3 立体匹配与深度获取

3．3．4 运动目标检测和分析

3．4 实验结果分析

3．4．1 立体标定与立体校正

3．4．2 深度计算

3．5 本章小结

第4章 一体化控制方案的设计与实现

4．1 引言

4．2 一体化控制方案设计

4．2．1 总体方案设计

4．2．2 相关器件选型

4．2．3 CAN总线概述

4．3 主控机电源管理模块设计与实现

4．3．1 主控机电源管理模块硬件设计

4．3．2 主控机电源管理模块软件实现

4．3．3 主控机电源管理模块实物图

4．4 终端机电源管理模块设计与实现

4．4．1 终端机电源管理模块硬件设计

4．4．2 终端机电源管理模块软件实现

4．4．3 终端机电源管理模块实物图

4．5 本章小结

第5章 分布式互动投影系统设计与实现

5．1 分布式互动投影系统构成

5．1．1 系统整体架构

5．1．2 系统硬件设计

5．1．3 系统实际部署

5．2 分布式互动投影系统软件设计与实现

5．2．1 系统实现流程

5．2．2 系统软件实现

5．3 分布式互动投影系统测试结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果