基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法。包括：根據(jù)臺(tái)球桌內(nèi)沿的大小，制作由若干標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格圖案組成的定位基底；將定位基底平鋪在臺(tái)球桌上，使網(wǎng)格圖案的四條邊與長方形臺(tái)球桌的內(nèi)沿對齊；使投影網(wǎng)絡(luò)中的交叉點(diǎn)與定位基底上的網(wǎng)格的交叉點(diǎn)之間形成--對應(yīng)關(guān)系；使采集影像中的交叉點(diǎn)上臺(tái)球的坐標(biāo)與定位基底網(wǎng)格交叉點(diǎn)的坐標(biāo)之間形成一一對應(yīng)關(guān)系；對圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格進(jìn)行每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)匹配；建立標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格與投影網(wǎng)格圖像的匹配關(guān)系。本發(fā)明大幅度消除了因?yàn)閳D像捕捉設(shè)備與投影設(shè)備的鏡頭畸變所帶來的對坐標(biāo)位置的影響。且不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法，不用考-慮鏡頭的曲率變化的因素。無論是否更換不同的鏡頭都可以適用。
【專利說明】基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外線應(yīng)用技術(shù)、投影控制技術(shù)、電腦圖像識(shí)別技術(shù)等領(lǐng)域，可應(yīng)用于 臺(tái)球運(yùn)動(dòng)中的八球、九球、斯諾克等臺(tái)球運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練、輔助以及娛樂活動(dòng)中，適用于初、中、 高級各類臺(tái)球愛好者，具體屬于基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著紅外線技術(shù)和投影技術(shù)的日趨成熟，人們開始將這些技術(shù)與現(xiàn)有的臺(tái)球運(yùn)動(dòng) 結(jié)合起來，使用戶在臺(tái)球運(yùn)動(dòng)的同時(shí)可以在臺(tái)球桌上直觀地看到用投影投畫出來的臺(tái)球預(yù) 判軌跡、互動(dòng)特效、擊球提示信息等等內(nèi)容（例如，ZL201110312228. 0)，這些對于臺(tái)球愛好 者來說的確是一個(gè)極好的福音。這類臺(tái)球投影在實(shí)現(xiàn)的過程中都要面對一個(gè)很重要的問 題，就是投影設(shè)備、臺(tái)球桌和圖像采集設(shè)備之間的坐標(biāo)匹配問題。
[0003] 臺(tái)球是一項(xiàng)要求比較精確的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)甚至瞄準(zhǔn)只差了一毫米，但由于臺(tái)球長臺(tái) 運(yùn)行的放大效應(yīng)，這一毫米的誤差就會(huì)讓目標(biāo)球不能達(dá)到理想的運(yùn)行想結(jié)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(shè)備對臺(tái)球位置的捕捉同樣要 相當(dāng)精確。而由于臺(tái)球的安裝環(huán)境的限制，投影式臺(tái)球系統(tǒng)的采集設(shè)備的鏡頭必須是廣角 的，投影設(shè)備必須是短焦的?？墒窃趯?shí)際的產(chǎn)品中，廣角鏡頭與短焦投影都不可避免地會(huì)出 現(xiàn)圖像畸變的情況。
[0004] 如果只是用數(shù)學(xué)去克服鏡頭和投影的畸變，這樣會(huì)因?yàn)橥队坝跋衽c臺(tái)球不在一個(gè) 平面上而造成算法復(fù)雜、還原坐標(biāo)不準(zhǔn)確的麻煩。同時(shí)，還會(huì)因?yàn)椴煌吞?hào)鏡頭的曲率不 同、圖像不對稱等不定因素進(jìn)一步影響數(shù)學(xué)算法的結(jié)果。
[0005] 如圖1-3所示，對于一組平鋪在臺(tái)球桌上的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格圖像（圖1)，由圖像采 集設(shè)備捕捉到該圖像（圖2)在邊緣處產(chǎn)生畸變，越在邊緣畸變越嚴(yán)重；由投影投到臺(tái)球桌 上的該圖像（圖3)也會(huì)產(chǎn)生一定程度的傾斜畸變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明提供一種解決在投影式臺(tái)球系統(tǒng)中 的鏡頭圖像畸變和投影畸變問題的一種基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹 配方法。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和 圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，包括以下步驟：
[0008] 根據(jù)臺(tái)球桌內(nèi)沿的大小，制作由若干標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格圖案組成的定位基底，并將 網(wǎng)格的交叉點(diǎn)鏤空；
[0009] 將定位基底平鋪在臺(tái)球桌上，使網(wǎng)格圖案的四條邊與長方形臺(tái)球桌的內(nèi)沿對齊；
[0010] 利用投影設(shè)備在定位基底上投出與其等大的網(wǎng)格圖像，平移、旋轉(zhuǎn)或拉伸所述網(wǎng) 格圖像的各條橫線與堅(jiān)線，使投影在臺(tái)球桌上的網(wǎng)格圖像與定位基底上的網(wǎng)格圖案完全重 合； toon] 根據(jù)調(diào)整后的投影網(wǎng)格圖像交叉點(diǎn)的位置信息，建立投影網(wǎng)格圖像坐標(biāo)系，使投 影網(wǎng)絡(luò)中的交叉點(diǎn)與定位基底上的網(wǎng)格的交叉點(diǎn)之間形成一一對應(yīng)關(guān)系；
[0012] 在定位基底上的每個(gè)鏤空處分別放上一個(gè)臺(tái)球，利用圖像采集設(shè)備采集此時(shí)的圖 像，分析出每個(gè)臺(tái)球在圖像中的高光點(diǎn)所處的像素點(diǎn)的位置，根據(jù)所述像素點(diǎn)的位置建立 采集影像坐標(biāo)系，使采集影像中的交叉點(diǎn)上臺(tái)球的坐標(biāo)與定位基底網(wǎng)格交叉點(diǎn)的坐標(biāo)之間 形成 對應(yīng)關(guān)系；
[0013] 對圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格進(jìn)行每一個(gè)點(diǎn) 的坐標(biāo)匹配；
[0014] 建立標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格與投影網(wǎng)格圖像的匹配關(guān)系。
[0015] 所述定位基底為定位紙或定位布。
[0016] 所述將網(wǎng)格的交叉點(diǎn)鏤空為：在網(wǎng)格的交叉點(diǎn)處形成6mm左右的圓形或方形的 洞。
[0017] 所述投影網(wǎng)格圖像坐標(biāo)系是以投影網(wǎng)格圖像的左下點(diǎn)為原點(diǎn)，與臺(tái)球桌長邊平行 方向?yàn)閄軸，與臺(tái)球桌短邊方向平行為y軸的坐標(biāo)系。
[0018] 所述采集影像坐標(biāo)系是以圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像的左下點(diǎn)為原點(diǎn)，與臺(tái) 球桌長邊平行方向?yàn)閄軸，與臺(tái)球桌短邊方向平行為y軸的坐標(biāo)系。
[0019] 所述對圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格進(jìn)行每一 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)匹配，包括以下步驟：
[0020] 對于圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像內(nèi)的某一個(gè)點(diǎn)C，先判斷點(diǎn)C在哪四個(gè)臺(tái)球 組成的最小網(wǎng)格中，然后找出該網(wǎng)格的4個(gè)頂點(diǎn)中距離點(diǎn)C最近的一個(gè)頂點(diǎn)；
[0021] 計(jì)算經(jīng)過所述頂點(diǎn)的橫、堅(jiān)兩條線的斜率ki、k2 ;
[0022] 經(jīng)過點(diǎn)C且斜率為kp k2的兩條線與所述四個(gè)臺(tái)球組成的最小網(wǎng)格的四條邊線產(chǎn) 生順時(shí)針方向圍繞點(diǎn)C的四個(gè)交點(diǎn)CpCpCpQ，其中，(^、(^與距離點(diǎn)C最近的最小網(wǎng)格頂 點(diǎn)相對距離近，根據(jù)兩點(diǎn)間距的距離公式計(jì)算出這4個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)C的距離；
[0023] 計(jì)算線段比例關(guān)系：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其特征在于，包括以 下步驟： 根據(jù)臺(tái)球桌內(nèi)沿的大小，制作由若干標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格圖案組成的定位基底，并將網(wǎng)格 的交叉點(diǎn)鏤空； 將定位基底平鋪在臺(tái)球桌上，使網(wǎng)格圖案的四條邊與長方形臺(tái)球桌的內(nèi)沿對齊； 利用投影設(shè)備在定位基底上投出與其等大的網(wǎng)格圖像，平移、旋轉(zhuǎn)或拉伸所述網(wǎng)格圖 像的各條橫線與堅(jiān)線，使投影在臺(tái)球桌上的網(wǎng)格圖像與定位基底上的網(wǎng)格圖案完全重合； 根據(jù)調(diào)整后的投影網(wǎng)格圖像交叉點(diǎn)的位置信息，建立投影網(wǎng)格圖像坐標(biāo)系，使投影網(wǎng) 絡(luò)中的交叉點(diǎn)與定位基底上的網(wǎng)格的交叉點(diǎn)之間形成一一對應(yīng)關(guān)系； 在定位基底上的每個(gè)鏤空處分別放上一個(gè)臺(tái)球，利用圖像采集設(shè)備采集此時(shí)的圖像， 分析出每個(gè)臺(tái)球在圖像中的高光點(diǎn)所處的像素點(diǎn)的位置，根據(jù)所述像素點(diǎn)的位置建立采集 影像坐標(biāo)系，使采集影像中的交叉點(diǎn)上臺(tái)球的坐標(biāo)與定位基底網(wǎng)格交叉點(diǎn)的坐標(biāo)之間形成 對應(yīng)關(guān)系； 對圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格進(jìn)行每一個(gè)點(diǎn)的坐 標(biāo)匹配； 建立標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格與投影網(wǎng)格圖像的匹配關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述定位基底為定位紙或定位布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述將網(wǎng)格的交叉點(diǎn)鏤空為：在網(wǎng)格的交叉點(diǎn)處形成6_左右的圓形或方形的 洞。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述投影網(wǎng)格圖像坐標(biāo)系是以投影網(wǎng)格圖像的左下點(diǎn)為原點(diǎn)，與臺(tái)球桌長邊平 行方向?yàn)閄軸，與臺(tái)球桌短邊方向平行為y軸的坐標(biāo)系。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述采集影像坐標(biāo)系是以圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像的左下點(diǎn)為原點(diǎn)，與 臺(tái)球桌長邊平行方向?yàn)閄軸，與臺(tái)球桌短邊方向平行為y軸的坐標(biāo)系。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述對圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格進(jìn)行每一 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)匹配，包括以下步驟： 對于圖像采集設(shè)備采集到的臺(tái)球圖像內(nèi)的某一個(gè)點(diǎn)C，先判斷點(diǎn)C在哪四個(gè)臺(tái)球組成 的最小網(wǎng)格中，然后找出該網(wǎng)格的4個(gè)頂點(diǎn)中距離點(diǎn)C最近的一個(gè)頂點(diǎn)； 計(jì)算經(jīng)過所述頂點(diǎn)的橫、堅(jiān)兩條線的斜率h、k2 ; 經(jīng)過點(diǎn)C且斜率為kp k2的兩條線與所述四個(gè)臺(tái)球組成的最小網(wǎng)格的四條邊線產(chǎn)生順 時(shí)針方向圍繞點(diǎn)C的四個(gè)交點(diǎn)CpCpCpQ，其中，(^、(^與距離點(diǎn)C最近的最小網(wǎng)格頂點(diǎn)相 對距離近，根據(jù)兩點(diǎn)間距的距離公式計(jì)算出這4個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)C的距離； 計(jì)算線段比例關(guān)系：
根據(jù)這兩個(gè)比例關(guān)系，先在標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格中找到與點(diǎn)C相匹配的點(diǎn)T所在的正方形 網(wǎng)格，該正方形網(wǎng)格的四個(gè)順時(shí)針排列的頂點(diǎn)?\、Τ2、Τ3、Τ4組成的線段TJ 4上有與點(diǎn)(^相 對應(yīng)的點(diǎn)?Υ、線段TJ2上有與點(diǎn)Cu相對應(yīng)的點(diǎn)Tu、線段T2T 3上有與點(diǎn)CK相對應(yīng)的點(diǎn)Τκ、線段 Τ3Τ4上有與點(diǎn)CD相對應(yīng)的點(diǎn)TD，然后再根據(jù)這個(gè)正方形網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo)確定點(diǎn)Τ的坐標(biāo) ：
其中，（Xt，yt)為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格圖像中點(diǎn)T的坐標(biāo)、Xtl為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格圖像中點(diǎn)?\的橫坐標(biāo)， (Xt2, yt2)為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格圖像中點(diǎn)τ2的坐標(biāo)，yt3為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格圖像中點(diǎn)τ 3的縱坐標(biāo)； 通過以上方法，把圖像采集設(shè)備采集的臺(tái)球位置圖像與定位基底的標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格建 立起點(diǎn)與點(diǎn)一一對應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影式臺(tái)球系統(tǒng)的投影和圖像采集的坐標(biāo)匹配方法，其 特征在于，所述建立標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格與投影網(wǎng)格圖像的匹配關(guān)系，包括以下步驟： 過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格中的一點(diǎn)Τ做兩條直線，一條與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的橫向邊垂直，另一條與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng) 格的縱向邊垂直，這兩條直線與點(diǎn)Τ所在的最小網(wǎng)格交于四個(gè)點(diǎn)，按順時(shí)針順序分別為Tu、 τκ、V ιγ;其中，點(diǎn)τ所在的最小網(wǎng)格的四個(gè)頂點(diǎn)按順時(shí)針順序分別為Vτ2、τ3、τ4,點(diǎn)Tu在 線段TJ 2上； 計(jì)算出ivr、H、τκτ、ιγτκ這四條線段的兩個(gè)比值：
在投影網(wǎng)格中找到與點(diǎn)?\、Τ2、Τ3、Τ4對應(yīng)的最小投影網(wǎng)格Pi、Ρ 2、Ρ3、Ρ4，根據(jù)點(diǎn)Pi、Ρ2、 Ρ3、Ρ4的坐標(biāo)，計(jì)算出PiP2和Ρ3Ρ 4的兩個(gè)斜率；
然后再計(jì)算出Ρυ點(diǎn)坐標(biāo)和ρκ點(diǎn)坐標(biāo)：
其中，Ρυ，ρκ兩點(diǎn)是在投影的圖像中，過目標(biāo)點(diǎn)Ρ點(diǎn)與網(wǎng)格右線和上線的平行線后與上 線和右線的交叉點(diǎn)； 最后根據(jù)Ρ?點(diǎn)坐標(biāo)和斜率kx，Ρκ點(diǎn)坐標(biāo)和斜率ky計(jì)算這兩條線的交點(diǎn)Ρ點(diǎn)，Ρ點(diǎn)即為 標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格中的T點(diǎn)在投影網(wǎng)格圖像中的坐標(biāo)匹配點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G03B29/00GK104208870SQ201410312461
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】喬冰, 李姣昂 申請人:喬冰, 李妓昂