[發明專利]基于投影式臺球系統的投影和圖像采集的坐標匹配方法

有效

• 申請號: 201410312461.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104208870A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 喬冰;李姣昂
• 申請（專利權）人: 喬冰;李姣昂
• 主分類號: A63D15/00
• 分類號: A63D15/00;G03B29/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 徐麗

技術領域

本發明涉及紅外線應用技術、投影控制技術、電腦圖像識別技術等領域，可應用于臺球運動中的八球、九球、斯諾克等臺球運動的訓練、輔助以及娛樂活動中，適用于初、中、高級各類臺球愛好者，具體屬于基于投影式臺球系統的投影和圖像采集的坐標匹配方法。

背景技術

隨著紅外線技術和投影技術的日趨成熟，人們開始將這些技術與現有的臺球運動結合起來，使用戶在臺球運動的同時可以在臺球桌上直觀地看到用投影投畫出來的臺球預判軌跡、互動特效、擊球提示信息等等內容(例如，ZL201110312228.0)，這些對于臺球愛好者來說的確是一個極好的福音。這類臺球投影在實現的過程中都要面對一個很重要的問題，就是投影設備、臺球桌和圖像采集設備之間的坐標匹配問題。

臺球是一項要求比較精確的運動，有時甚至瞄準只差了一毫米，但由于臺球長臺運行的放大效應，這一毫米的誤差就會讓目標球不能達到理想的運行想結果。因此這就不但要求投影在桌面上的軌跡十分精確，而且還要求圖像采集設備對臺球位置的捕捉同樣要相當精確。而由于臺球的安裝環境的限制，投影式臺球系統的采集設備的鏡頭必須是廣角的，投影設備必須是短焦的。可是在實際的產品中，廣角鏡頭與短焦投影都不可避免地會出現圖像畸變的情況。

如果只是用數學去克服鏡頭和投影的畸變，這樣會因為投影影像與臺球不在一個平面上而造成算法復雜、還原坐標不準確的麻煩。同時，還會因為不同型號鏡頭的曲率不同、圖像不對稱等不定因素進一步影響數學算法的結果。

如圖1-3所示，對于一組平鋪在臺球桌上的標準正方形網格圖像(圖1)，由圖像采集設備捕捉到該圖像(圖2)在邊緣處產生畸變，越在邊緣畸變越嚴重；由投影投到臺球桌上的該圖像(圖3)也會產生一定程度的傾斜畸變。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明提供一種解決在投影式臺球系統中的鏡頭圖像畸變和投影畸變問題的一種基于投影式臺球系統的投影和圖像采集的坐標匹配方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于投影式臺球系統的投影和圖像采集的坐標匹配方法，包括以下步驟：

根據臺球桌內沿的大小，制作由若干標準正方形網格圖案組成的定位基底，并將網格的交叉點鏤空；

將定位基底平鋪在臺球桌上，使網格圖案的四條邊與長方形臺球桌的內沿對齊；

利用投影設備在定位基底上投出與其等大的網格圖像，平移、旋轉或拉伸所述網格圖像的各條橫線與豎線，使投影在臺球桌上的網格圖像與定位基底上的網格圖案完全重合；

根據調整后的投影網格圖像交叉點的位置信息，建立投影網格圖像坐標系，使投影網絡中的交叉點與定位基底上的網格的交叉點之間形成一一對應關系；

在定位基底上的每個鏤空處分別放上一個臺球，利用圖像采集設備采集此時的圖像，分析出每個臺球在圖像中的高光點所處的像素點的位置，根據所述像素點的位置建立采集影像坐標系，使采集影像中的交叉點上臺球的坐標與定位基底網格交叉點的坐標之間形成一一對應關系；

對圖像采集設備采集到的臺球圖像與定位基底的標準正方形網格進行每一個點的坐標匹配；

建立標準正方形網格與投影網格圖像的匹配關系。

所述定位基底為定位紙或定位布。

所述將網格的交叉點鏤空為：在網格的交叉點處形成6mm左右的圓形或方形的洞。

所述投影網格圖像坐標系是以投影網格圖像的左下點為原點，與臺球桌長邊平行方向為x軸，與臺球桌短邊方向平行為y軸的坐標系。

所述采集影像坐標系是以圖像采集設備采集到的臺球圖像的左下點為原點，與臺球桌長邊平行方向為x軸，與臺球桌短邊方向平行為y軸的坐標系。

所述對圖像采集設備采集到的臺球圖像與定位基底的標準正方形網格進行每一個點的坐標匹配，包括以下步驟：

對于圖像采集設備采集到的臺球圖像內的某一個點C，先判斷點C在哪四個臺球組成的最小網格中，然后找出該網格的4個頂點中距離點C最近的一個頂點；

計算經過所述頂點的橫、豎兩條線的斜率k₁、k₂；

經過點C且斜率為k₁、k₂的兩條線與所述四個臺球組成的最小網格的四條邊線產生順時針方向圍繞點C的四個交點C_U、C_R、C_D、C_L，其中，C_U、C_R與距離點C最近的最小網格頂點相對距離近，根據兩點間距的距離公式計算出這4個點與點C的距離；