DIY Surface Table (IV): 製作 DI Table & 改造攝影機

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Posted by Mr. Monday

上一篇文章當中,我們已經瞭解了 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection),不過由於我是用 DI (Diffused Illumination) 來實作,因此在 DI (Diffused Illumination) 的實作上面的細節我比較可以清楚描述。我所描述的材料購買地點僅適用於台灣台北市,如果你是在海外的朋友,請在你家附近找找,或是網路上面找找。

所需材料

所需要準備的材料如下:

  • 一個透明材質 (壓克力)
  • 紅外光投光器 (IR Illuminator)
  • 投影機 (Projector) (有讀者跟我說這個很難借到,是否可以製作多點觸控面板就好,是可以的,因此為了借不到投影機的朋友,我會解釋這一部份)
  • 投影布幕 (Diffuser)
  • 紅外線攝影機 (IR Camera/Webcam)
  • 木材 (拿來做桌子,如果你要用別的材料也可以)
  • 反光鏡 (如果要做大一點的 Table,需要把投影機的光線反射一下)
  • Lee Filter (不一定要,我會解釋這樣做什麼用)
  • 你的個人電腦
  • TouchLib (偵測手指的軟體)

讓我們一個一個來解釋吧。

透明材質

(圖片來源: 喬達壓克力)

由於需要一個 Table 可以讓紅外光反射回去,因此我們的桌子必須要是透明的材質,這邊我選用壓克力,因為壓克力還蠻便宜的。我一開始的 Table 所做的面板大小是 30*40 cm,(凡事總得一步一步來,先試小的,再試大的),我的第二個 prototype 則是 67*50 cm。壓克力的話,如果你家附近有廣告看板公司的話,可以去問一下,買的厚度的話,我當時是買 8mm (因為我一開始原本想實作 FTIR),價格的話,因為我是在家附近的廣告公司買的,所以 30*40 cm 的壓克力,我花了 NT 450,OK,我知道我買貴了,但是我也不太想花太多時間去找便宜個兩百塊的地方,那可能會花我很多時間以及車程。我是有在網路上面查到一家,叫做喬達壓克力,上面都列有相關規格跟價錢,因為我不需要是特定尺吋的,我寄信去問了一下,30*40*0.8 cm 只要 NT 230,不過店離我家實在是有點遠,如果你家在這家旁邊的話可以跟他買。(老闆我好心幫你做了廣告啊…)

紅外線投光器

我在其他的部落格上面看到很多 DI (Diffused Illumination) 的設置,讓我最驚訝的是,它們的紅外線投光陣列都是大砲級的,真是有夠誇張。像是 Orion 他的設置,用了三個大砲 (如下圖),真是誇張,不過根據 Paul 的解釋是,因為他製作的 Table 想要放在陽光照到的地方,也就是說他要克服太陽的紅外光,因此他向上打上來的紅外光要比太陽照下來的紅外光強很多才可以。

(圖片來源: Orion)

這樣子的解釋是合理的,不過如果你只是要放在家裡的角落玩,那實在不需要這麼麻煩。雖然我也想找大砲級的紅外線投光器,不過我在網路上面沒看到哪邊有賣就是了,或許在光華商場會有賣…不過我懶病又發作了,所以我在露天拍賣上面看到有人在賣紅外線投光器,看一下價格還可以我就買了。我在露天拍賣上面找到的是這一家 LED SHOP,裡面有一個類別叫做紅外線投光器,一個 NT 430,看起來價錢合理,是老闆自己 DIY 的,一個投光器有 18 個 LED,我想要老闆客製化應該也是可以,不過可能要多收一點錢就是了。

(圖片來源: LED SHOP)

我陸續跟老闆買了 850 nm 跟 940 nm 的投光器,秉持著實驗的精神,我兩種都試了,結果我發現 840 nm 的效果似乎比 940 nm 的效果好。另外,由於老闆賣的時候前端有加一個光敏電阻(Cds),這個東西會偵測你的環境光源,如果環境光源比較暗,他功率就會調高,反之。不過我要的是穩定的光源,所以我後來買的投光器就請老闆把這個光敏電阻拿掉,並用最大功率來投光。還有另外一點,我買的是 40 度角度的投光器,你不會想買 15 度的,這麼小的角度要把平面打均勻光時在是有點麻煩。另外買超過 NT 1000,似乎不用運費。(黃老闆,我幫你做了一個好廣告啊…)

投影機

這大概是裡面僅次於 PC 最貴的材料。當然,我們不能 DIY 一個投影機,(如果你真的這麼做的話,請通知我一下,請務必讓小弟參觀),所以,你只能去買一台,或是借一台。因為作者平時人緣還算可以,因此就借到投影機了,(看來我最後應該需要寫個感謝誌)。有讀者跟我反應說投影機難以取得,所以,我在稍後會介紹無投影機版的作法。不過這就不是多點觸控桌,而是多點觸控面板囉。感覺還是會有一段距離的差距 (這在 HCI 著名的大師 Bill Buxton 的書中 Direct Manipulation interfaces 中會討論到),因此,如果能夠的話,還是弄一台投影機來吧,這樣子比較會有 WOW 的效果。

投影布幕 (Diffuser)

投影布幕不只是要將影像呈現出來,還肩負著要把紅外光線散射開來的功用。這邊一開始你可以挑選描圖紙來做你的投影布幕 (Diffuser),我在師大路上面的美術社買了一捲回來,好大一張,也才 NT 60。所表現出來的效果來說還算是及格,當然如果你不滿意如此低廉的投影布幕的話,在 NUI 的論壇裡面有一個專區就在討論這個東西,你可以在 NUI 論壇裡面,敲入關鍵字 Diffuser,看看大家用了什麼布幕 (Diffuser),以及所呈現的效果。

進階一點之後,你可以試著去買一些比較專業的投影紙,或是投影背板,而比較常在用的投影紙有兩個,一個是在 Jeff Han 的 FTIR 的原始 Paper 當中的 Rosco Grey,另外一個是 Lee Filter 225 號。後面的兩個都是比較專門的材料,沒有特別專門的門路似乎還問不太到。Rosco 跟 Lee Filter 都是給專業攝影的人所使用的,因此當我初次看到這麼名詞時,還挺不相信我走對網站了。這是我去正成貿易公司拿來的 Lee Filter Sample 紙本:

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有些人可能會有疑惑,一定是要投影布幕 (Diffuser) 嗎? 是的,這是必須,因為投影布幕有幾個用處,他必須要呈現投影機打上來的影像,除此之外,它要散射光源。另外,這個布幕必須要讓紅外光可以穿透,因為用 DI (Diffused Illumination) 來實作的話,是要讓紅外線攝影機可以看到你手反射回來的紅外光線。根據我在 NUI 論壇裡所看到的,Rosco Grey 似乎會吸收紅外光,或者是說,紅外光穿透率不是這麼好,不過我也沒真的試過 (一張專業的投影紙都很貴的)。不過對於大多數的人來說,你可以用描圖紙 (Tracing Paper) 就好。

紅外線攝影機 (IR Camera/Webcam)

紅外線攝影機是要用來偵測從手反射回來的紅外光,這邊你不用真的去買一個紅外線攝影機,你可以用 Webcam 來改造就可以了。在選擇 Webcam 時,請務必注意幾點事情。第一點,你所選擇的 Webcam 必須是定焦的 Webcam,也就是說,你的 Webcam 不會是追蹤人臉的,因為那會變成不定焦,焦距會隨著偵測到的東西而改變,這樣子我們的鏡頭所吃入的東西就極端不穩定。第二點,一般的 Webcam 都會有 IR Filter,用來過濾紅外光 (IR) ,我不知道為什麼需要 IR Filter,而在選擇 Webcam 時,你需要注意一下它的 Filter 是怎麼安置的。

(圖片來源: Dabinn的筆記)

Dabinn的筆記裡面有介紹到如何製作 紅外線攝影機 (IR Webcam),你可以看到 Dabinn 是用羅技的 Webcam 來改造,而裡面有 IR Filter,這個 IR Filter 就直接鍍在鏡頭上面,所以你必須要用工具來把它磨掉,磨掉之後,還要重新拋光。如果我真的介紹這種作法,我想大家應該會想要把我給殺了。真是別鬧了!

(圖片來源: 露天拍賣)

所以,你選擇 Webcam 時,要注意一下型號,看看 IR Filter 是不是直接鍍膜在鏡頭表面,如果是的話,就放棄它吧。我們要選擇省力的方式啊! 我選擇 Microsoft VX-1000,因為它的 IR Filter 是一片玻璃,你只要把 Webcam 拆開,然後把鏡頭後面的 IR Filter 取出來就可以了。當然不是只有 VX-1000 是這樣子設計的,你可以在 NUI 論壇裡面的 Camera Section 裏面查尋其他相關的 Webcam。為了讓大家都可以自己動手做多點觸控桌,我這邊就以 VX-1000 拆解來做說明,如果你已經了解並可以自己拆解的話,你可以跳過這一段。(這讓我想到當兵時的槍枝分解…)

**分解開始**

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開始之前,請先準備好你的螺絲起子。

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這就是我們可愛的 Webcam,它將要擔負最重要的任務啊!

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我們將 Webcam 轉到側面,會看到一個軟墊,把它戳出來就是了。

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戳出來的結果,然後把螺絲轉出來。左邊做完換右邊。

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當你把兩邊的螺絲轉起來後,Webcam 主體就跟架子分離了,然後你會看到兩邊有著兩個橡膠環,當然是要把它拿起來。

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Webcam 的後面還有一個螺絲,別忘記了。

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拆解下來的零件,請妥善放好來,你等會兒還要把它組回去。

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然後把你的 Webcam 給扒開來。

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內部長相,不要太粗魯,不然你等會兒拉斷電線,就要自己焊回去了 (當然,你還要先有銲槍跟錫線)。把上面那個按鈕拿起來,然後把兩個螺絲給轉出來。

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螺絲轉起還後,把電路板翻過來,會看到兩個螺絲把鏡頭鎖在上面。把這兩個螺絲也轉起來吧。

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轉起來的鏡頭。我們會看到裡面有一個紅紅的遮片,這就是 IR Filter,我們必須把它拿出來。如果可以的話,你就輕輕地把它拿出來,這樣你做完實驗後,不想要玩多點觸控時,這個 Webcam 還可以拿來用做視訊交談。

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不過粗魯的我,不小心把它弄爆了。看來這個 Webcam 無法復原了。

拿出來後,你怎麼過來的,就怎麼回去,現在再把所有的零件復原。這個時候,你只是把 IR Filter 給拿掉,這個 Webcam 目前還不是紅外線攝影機。我們還要做一件事情,加上遮片。這個遮片你可以用:

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  • IR BandPass Filter : 這個當然是高檔貨。在 Gravano 的 FTIR 實作手冊 裡面有介紹到。IR BandPass Filter,顧名思義就是只讓某個波段的紅外光可以通過,因此,你如果加了 BandPass Filter ,可以讓你的 Table 更加穩定,因為它只會接收某個波段的紅外光。不過這也意味著,你要記住你挑選的紅外光波段,不然你的投光器的波段跟你的 BandPass Filter 的波段不一樣,那可就糟糕了。這是專家級在使用的,我只是介紹出來讓大家知到,因為 BandPass Filter 並不便宜。


(圖片來源: vgod)

  • 透明包裝紙: vgod 的部落格上面有介紹到用藍色跟紅色的透明包裝紙就可以製作了。我沒試過這種,或許你可以試試。

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  • 完全曝光的底片: 這個我試過了,似乎沒有磁碟片的效果來的好。我疊了三張完全曝光的底片。底片的話,我從舊照片的頭部通常都會有那種完全曝光的部份,我從那裡裁剪的。

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  • 磁碟片: 我最後是用磁碟片來做遮片,效果看起來很好。磁碟片的話,家裡到處都是,看來以前累積沒丟掉的磁碟片現在倒是發揮了用處。

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做好之後,試著到到處看一下,應該除了光源之外,什麼東西都看不到才是。

休息一下

我原本想要一口氣講完所有的硬體相關製作,結果我發現,寫到這邊文章已經落落長了。爲了方便大家吸收,也為了讓我可以喘一口氣 (寫文章很耗時間的),在下一章我們再來繼續我們沒有講到的部份。所以,這一章,我們已經談到了壓克力 (Acrylic)、描圖紙 (Tracing Paper) 以及紅外線投影機 (IR Webcam),看來你可以有很多事情可以忙了。

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