Infrarot-Technik

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Der Einsatz von Infrarot (IR) -Technik bietet sich als weitere Möglichkeit bei der Segmentierung an und ist für einige typische Anwendungen im Bereich interaktiver Systeme sogar unabdingbar. Da ein üblicher CCD-Sensor im infraroten Bereich empfindlich ist, sind IR-Kameras relativ einfach verfügbar. Üblicherweise befindet sich in einer Videokamera ein IR-Sperrfilter, welcher die IR-Strahlung ausblendet damit sich diese nicht störend bei der Aufnahme im sichtbaren Bereich des Lichts auswirkt. Bei handelsüblichen Videokameras mit "Night-Shot"-Funktion kann dieser IR-Filter mechanisch aus dem Strahlengang gefahren werden. Ebenso ist dies bei Videokameras möglich, die auch im IR-Bereich eingesetzt werden sollen. An der Hochschule wurde für diese Zwecke eine Infrarot-Kamera des Typs Monacor TVCCD-800ECOL beschafft.

Der Einsatz von IR-Technik ist bei interaktiven Systemen vor allem in den folgenden Bereichen sinnvoll bzw. notwendig:

Da insbesondere bei multimedialen interaktiven Systemen häufig Projektionen zum Einsatz kommen, ist eine abgedunkelte Umgebung üblich. Das Licht reicht hier oft nicht aus um gute – insbesondere rauscharme - Aufnahmen mit herkömmlichen Kameras zu erhalten. Hier können IR-Scheinwerfer eingesetzt werden, welche den Raum gut ausleuchten ohne für den Benutzer sichtbar störend zu wirken.

Der Einsatz von Projektionen/Beamern ist auch bei der Segmentierung von Bildinhalten störend. So setzen die Verfahren zur Hintergrundsubtraktion einen statischen Hintergrund voraus. Befindet sich eine (veränderliche) Projektion im Aufnahmefeld der Kamera, so ist eine Hintergrundsubtraktion nicht möglich und die Detektion von Personen etc. ist sehr erschwert. Hier bietet sich der Einsatz einer IR-Kamera an, da ein Beamer nur Licht im sichtbaren Bereich abstrahlt, jedoch nicht im IR-Bereich. Damit ist das von Beamer erzeugte Bild für die IR-Kamera "unsichtbar".

Bei den aktuellen Multi-Touch-Bedienoberflächen sind systembedingt IR-Kameras notwendig. Die hier oft eingesetzte FTIR-Technologie ("Frustrated Total Internal Reflection") basiert auf der Brechung von infrarotem Licht, das in eine Plexiglasplatte eingestrahlt und bei Berührung der Oberfläche zur Kamera hin gebrochen wird.

Der Einsatz einer IR-Kamera ist relativ unproblematisch, da sie eine Standard-Videoschnittstelle besitzen. Vor das Objektiv der Kamera sollte dann noch ein Filter angebracht werden, der das sichtbare Licht ausblendet. Dadurch werden störende Einflüsse der normalen Beleuchtung weitgehend unterdrückt. Für die Ausleuchtung der Szene ist der Einsatz von IR-Scheinwerfern zu empfehlen bzw. notwendig. Hier sind verschiedenartige Systeme verfügbar, die meist auf LED-Technik basieren. Beispielhaft ist an den beiden nachfolgenden Bildern aus dem Projekt Billard Pro zu sehen, wie die im Originalbild links zu sehende Beamer-Projektion im Bild der IR-Kamera (rechts) nicht mehr sichtbar ist. Damit ist die für die Interaktion zu erkennende Hand bzw. der Queues wesentlich leichter im Bild zu detektieren (links das Originalbild, rechts das Infrarot-Bild).

BillardPro Original.jpg BillardPro IR.jpg


Bei der Anwendung der IR-Technik ergeben sich noch weitere Möglichkeiten. So ist ein IR-Laser für den menschlichen Betrachter nicht sichtbar, kann aber über die Kamera detektiert werden. Dies wurde im "Projekt: Lambda" eingesetzt.

Ein weites Feld für zukünftige Untersuchungen sind die Reflektionseigenschaften von Materialien im IR-Bereich. So erscheint z.B. die schwarze Tinte mancher Tintenstrahldrucker im IR-Bereich weiß. Hiermit können für den Menschen unsichtbare Markierungen erzeugt werden, was gerade beim Tracking von Markern interessant ist.