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