一种光枪射击的目标识别方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于电子设备领域，提供了一种光枪射击的目标识别方法，该方法包括：获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置；计算所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵；根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所述目标屏幕中的位置。与现有技术相比，本发明可准确获取所述光枪姿态，从而能够更好的保证光枪射击的目标位置的准确性。
【专利说明】一种光枪射击的目标识别方法、装置及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子设备领域，尤其涉及一种光枪射击的目标识别方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002] 光枪作为重要的体感射击游戏道具，由于其通过光线仿真子弹的射击，使得射击 类游戏可以从有线的鼠标键盘控制中解放，利用光线的直线传播仿真枪类的射击，提供更 为生动的射击效果。
[0003] 为了准确的获取光枪射击在屏幕上的目标位置，需要对光枪进行有效的定位。现 有的一般作法为通过光学感知方式，通过安装在目标屏幕端的LED红外灯条以及设置于手 持终端上的红外摄像头，通过红外摄像头获取灯条的位置，以用来计算出光枪的大概指向， 并将指向位置粗略的换算成在屏幕的像素位置。
[0004] 但是，由于使用LED灯条无法为红外摄像头提供绝对定位，使得光枪指向的位置 是相对的，这样容易导致光枪实际射击的目标位置与计算的目标位置出现较大的偏差。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种光枪射击的目标识别方法、装置及系统，以解 决现有技术中由于使用LED灯条无法为红外摄像头提供绝对定位，使得光枪指向的位置 是相对的，这样容易导致光枪实际射击的目标位置与计算的目标位置出现较大的偏差的问 题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种光枪射击的目标识别方法，在目标屏幕上的电 视识别器上设置有第一摄像头、第一光源，所述光枪上设置有第二光源和第二摄像头，所述 方法包括：
[0007] 获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二光源 在所述第一摄像头生成的图像中的位置；
[0008] 根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二光源在 所述第一摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标 系之间的第一姿态关系矩阵；
[0009] 根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所 述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所述目标屏幕中的位 置。
[0010] 本发明实施例的另一方面还提供一种光枪射击的目标识别装置，在目标屏幕上的 电视识别器上设置有第一摄像头、第一光源，所述光枪上设置有第二光源和第二摄像头，所 述装置包括：
[0011] 位置获取单元，用于获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置 以及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置；
[0012] 姿态关系矩阵计算单元，用于根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中 的位置以及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐 标系与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵；
[0013] 位置确定单元，用于根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄 像头的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所 述目标屏幕中的位置。
[0014] 本发明实施例的另一方面还提供了一种光枪射击的目标识别系统，所述系统包括 光枪、电视识别器和分析处理中心，所述电视识别器可设置于所述用于光枪射击的目标屏 幕，在所述电视识别器上设置有第一摄像头、第一光源、第一同步通信模块、第一处理器，所 述光枪上设置有第二摄像头、第二光源、第二同步通信模块以及第二处理器，其中：
[0015] 所述第一处理器用于获取所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置， 所述第二处理器用于获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置，所述分 析处理中心用于接收第一处理器通过第一同步通信模块发送的所述第二光源在所述第一 摄像头生成的图像中的位置，以及第二处理器通过第二同步通信模块发送的所述第一光源 在所述第二摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐 标系之间的第一姿态关系矩阵，并根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第 一摄像头的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线 在所述目标屏幕中的位置。
[0016] 在本发明实施例中，通过目标屏幕上的第一摄像头获取光枪上第二光源的在生成 图像中的位置，以及光枪上的第二摄像头获取目标屏幕上的第一光源在生成图像中的位 置，可以得到第一摄像头坐标系与第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵，并根据第 一摄像头的坐标系与目标屏幕的坐标系之间的第二姿态关系矩阵，从而可以确定所述光枪 光心射线在所述目标屏幕中的位置。本发明所述方案与现有技术相比，由光枪的第二摄像 头和第二光源以及电视定位器的第一摄像头和第一光源，可准确获取所述光枪姿态，从而 能够更好的保证光枪射击的目标位置的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例提供的光枪射击的目标识别方法的实现流程图；
[0018] 图2是本发明实施例提供的获取光源的位置的实现流程图；
[0019] 图3是本发明实施例提供的光枪射击的目标识别系统的结构示意图；
[0020] 图4为本发明实施例提供的光枪射击的目标识别装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0022] 本发明实施例可应用于各种使用光线作为控制终端的互动设备，包括如游戏机中 的射击类游戏机等，所述光枪可以理解为各种通过光信号进行控制的手持终端，由于在游 戏类设备中，多以光枪形式出现，故在本申请中统称为光枪。通过光枪在目标屏幕中对应的 射击位置，使得相应的控制指令作用于屏幕的该位置处，本发明通过提高光枪的目标位置 与响应坐标的准确度，进一步提高用户的使用体验。
[0023] 图1示出了本发明实施例提供的光枪射击的目标识别方法的实现流程，在目标屏 幕上的电视识别器上设置有第一摄像头、第一光源，所述光枪上设置有第二光源和第二摄 像头，所述方法包括：
[0024] 在步骤S101中，获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以 及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置。
[0025] 具体的，所述电视识别器上设置第一摄像头和第一光源，通过配合光枪上设置的 第二摄像头与第二光源，确定所述光枪的姿态，通过精确的求解光枪相对于电视识别器的 绝对坐标，以获得光枪的光心的绝对指向。
[0026] 其中，所述电视识别器，为设置于电视机顶端，或者设置于电视机底部，或者固定 于电视机的侧部，用于辅助定位所述电视机屏幕的位置。其中，所述电视机的屏幕尺寸以及 所述电视识别器与所述电视机的相对位置，在进行目标位置识别时，需要预先输入相应的 参数。
[0027] 其中，所述第一光源和第二光源，可以为红外光源，也可以为可见光源。当所述第 一光源或第二光源为红外光源时，用于接收所述红外光源的对应的第二摄像头或第一摄像 头对应为红外摄像头，当所述第一光源或第二光源为可见光源时，所述对应的第二摄像头 或第一摄像头可以为普通的可见光摄像机。
[0028] 所述第一光源，可以为三个红外光源或可见光源，也可以为三个以上的多个红外 光源或可见光源，多个第一光源用于定位时，可进一步提高定位的准确度，一般可选用三个 红外光源。
[0029] 所述目标屏幕，可以为普通的电视机或者游戏机屏幕，当然也可以为其它液晶显 示器屏幕。所述屏幕上可以预先设定多个标定点，可以用于标定当前光枪的姿态位置，优 选的实施方式为在目标屏幕的四个角落位置设备四个标定点，以及在屏幕的正中设置标定 点，这样可以更好的实现标定的效果。
[0030] 所述获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二 光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置步骤，在所述光枪和所述电视识别器上设置有 同步通信模块，具体过程可以如图2所示：
[0031] 在步骤S201中，使用同步通信模块使第一光源点亮，第二光源熄灭，使第一摄像 头、第二摄像头同步曝光，第一摄像头获取第一帧图像，第二摄像头获取第二帧图像。
[0032] 具体的，可以通过电视识别器中的同步通信模块向所述光枪的同步通信模块发送 同步信号，使所述第一光源点亮、第二光源熄灭，并通过第一摄像头获取第一帧图像、第二 摄像头获取第二帧图像。
[0033] 在步骤S202中，使用同步通信模块使第一光源熄灭，第二光源点亮，使第一摄像 头和第二摄像头再次曝光，第一摄像头获取第三帧图像，第二摄像头获取第四帧图像。
[0034] 具体的，可以通过第一同步通信模块与第二同步通信模块进行通信，使得所述第 一光源熄灭和第二光源点亮，由第一摄像头和第二摄像头在与步骤S201中相同的角度获 取第三帧图像和第四帧图像。
[0035] 当然，步骤S201和步骤S202只是一种较佳实施方式，可以理解的是，为得到第一、 第二、第三、第四帧图像，还可以同时点亮或者同时熄灭第一光源和第二光源，或者第一摄 像头和第二摄像头先后曝光等方式等。
[0036] 在步骤S203中，将所述第一帧图像和第三帧图像相减得到第一帧差图像，根据所 述第一帧差图像识别第二光源的像素位置，将所述第二帧图像与第四帧图像相减得到第二 帧差图像，根据所述第二帧差图像得到第一光源的像素位置。
[0037] 由于第一帧图像和第三帧图像的区别仅在于第二光源是否点亮，当两帧图像相减 时，即可去掉相同的背景图像，得到第二光源在图像中的位置。
[0038] 同样，由于第二帧图像和第四帧图像的区别仅在于第一光源是否点亮，当两帧图 像相减时，即可去掉相同的背景图像，得到第一光源在图像中的位置。
[0039] 在步骤S102中，根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及 所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系与所述 第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵。
[0040] 具体如图3所示，所述第一光源所在坐标系为Ocl，第二光源所在坐标系为0c2,为 确定所述第一光源的坐标系〇cl与第二光源所在坐标系0c2之间的姿态关系矩阵，需要经 过多次迭代进行求解，也即通过多次同步曝光获取第一帧差图像和第二帧差图像。具体计 算步骤可以为 ：
[0041] 根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置？1、以及第二光源在所 述第一摄像头生成的图像中的位置P 2，以及公式
【权利要求】
1. 一种光枪射击的目标识别方法，其特征在于，在目标屏幕上的电视识别器上设置有 第一摄像头、第一光源，所述光枪上设置有第二光源和第二摄像头，所述方法包括： 获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二光源在所 述第一摄像头生成的图像中的位置； 根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第二光源在所述 第一摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系之 间的第一姿态关系矩阵； 根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所述目 标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所述目标屏幕中的位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光源在所述第二摄像 头生成的图像中的位置以及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置，计算所 述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵步骤包括： 根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置口:、以及第二光源在所述第 一摄像头生成的图像中的位置P2，以及公式
计算得到所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩 阵； 其中，所述I为第一摄像头的内部参数矩阵，K2为第二摄像头的内部参数矩阵，Pw2为 已知的第二光源相对于第二摄像头的空间3D坐标，Pw2为已知的第一光源相对于第一摄像 头的空间3D坐标，M t为待求的第一摄像头坐标系与第二摄像头坐标系之间的关系矩阵。
3. 根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述根据所计算的第一姿态关系矩阵以 及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确 定所述光枪光心射线在所述目标屏幕中的位置步骤包括： 根据所计算的第一姿态关系矩阵Mt以及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所述 目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵M，由公式
计算得到所述光枪光心射线在屏幕上的坐标位置（pix，piy); 其中，所述L为光枪射线参数矩阵，所述Mf为Mt的转置矩阵，所述Μτ为Μ的转置矩阵， 所述Ρ为目标屏幕的平面参数向量，所述c (1)、c (2)、c (4)分别为向量c中的第1个值、第 2个值和第4个值。
4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述光枪和所述电视识别器上设置有同 步通信模块，所述获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及所述第 二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置步骤包括： 使用同步通信模块使第一光源点亮，第二光源熄灭，使第一摄像头、第二摄像头同步曝 光，第一摄像头获取第一帧图像，第二摄像头获取第二帧图像； 使用同步通信模块使第一光源熄灭，第二光源点亮，使第一摄像头和第二摄像头再次 曝光，第一摄像头获取第三帧图像，第二摄像头获取第四帧图像； 将所述第一帧图像和第三帧图像相减得到第一帧差图像，根据所述第一帧差图像识别 第二光源的像素位置，将所述第二帧图像与第四帧图像相减得到第二帧差图像，根据所述 第二帧差图像得到第一光源的像素位置。
5. -种光枪射击的目标识别装置，其特征在于，在目标屏幕上的电视识别器上设置有 第一摄像头、第一光源，所述光枪上设置有第二光源和第二摄像头，所述装置包括： 位置获取单元，用于获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置以及 所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置； 姿态关系矩阵计算单元，用于根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位 置以及所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系 与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩阵； 位置确定单元，用于根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄像头 的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所述目 标屏幕中的位置。
6. 根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述姿态关系矩阵计算单元具体用于： 根据所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置口:、以及第二光源在所述第 一摄像头生成的图像中的位置P2，以及公式
计算得到所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系之间的第一姿态关系矩 阵； 其中，所述I为第一摄像头的内部参数矩阵，K2为第二摄像头的内部参数矩阵，Pw2为 已知的第二光源相对于第二摄像头的空间3D坐标，Pw2为已知的第一光源相对于第一摄像 头的空间3D坐标，M t为待求的第一摄像头坐标系与第二摄像头坐标系之间的关系矩阵。
7. 根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述位置确定单元具体用于： 根据所计算的第一姿态关系矩阵Mt以及预先标定的所述第一摄像头的坐标系与所述 目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵M，由公式
计算得到所述光枪光心射线在屏幕上的坐标位置（pix，piy); 其中，所述L为光枪射线参数矩阵，所述Mf为Mt的转置矩阵，所述Μτ为Μ的转置矩阵， 所述Ρ为目标屏幕的平面参数向量，所述c (1)、c (2)、c (4)分别为向量c中的第1个值、第 2个值和第4个值。
8. 根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述位置获取单元包括： 第一曝光子单元，用于使用同步通信模块使第一光源点亮，第二光源熄灭，使第一摄像 头、第二摄像头同步曝光，第一摄像头获取第一帧图像，第二摄像头获取第二帧图像； 第二曝光子单元，用于使用同步通信模块使第一光源熄灭，第二光源点亮，使第一摄像 头和第二摄像头再次曝光，第一摄像头获取第三帧图像，第二摄像头获取第四帧图像； 像素位置获取子单元，用于将所述第一帧图像和第三帧图像相减得到第一帧差图像， 根据所述第一帧差图像识别第二光源的像素位置，将所述第二帧图像与第四帧图像相减得 到第二帧差图像，根据所述第二帧差图像得到第一光源的像素位置。
9. 一种光枪射击的目标识别系统，其特征在于，所述系统包括光枪、电视识别器和分析 处理中心，所述电视识别器可设置于所述用于光枪射击的目标屏幕，在所述电视识别器上 设置有第一摄像头、第一光源、第一同步通信模块、第一处理器，所述光枪上设置有第二摄 像头、第二光源、第二同步通信模块以及第二处理器，其中： 所述第一处理器用于获取所述第二光源在所述第一摄像头生成的图像中的位置，所述 第二处理器用于获取的所述第一光源在所述第二摄像头生成的图像中的位置，所述分析处 理中心用于接收第一处理器通过第一同步通信模块发送的所述第二光源在所述第一摄像 头生成的图像中的位置，以及第二处理器通过第二同步通信模块发送的所述第一光源在所 述第二摄像头生成的图像中的位置，计算所述第一摄像头坐标系与所述第二摄像头坐标系 之间的第一姿态关系矩阵，并根据所计算的第一姿态关系矩阵以及预先标定的所述第一摄 像头的坐标系与所述目标屏幕的坐标系的第二姿态关系矩阵，确定所述光枪光心射线在所 述目标屏幕中的位置。
10. 根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述第一处理器用于获取所述第二光源在 所述第一摄像头生成的图像中的位置，所述第二处理器用于获取的所述第一光源在所述第 二摄像头生成的图像中的位置具体为： 所述第一同步信号通信模块和第二同步通信模块进行通信，第一光源点亮，同时第二 光源熄灭，此时第一像头和第二摄像头同时曝光，第一摄像头获取第一帧图像，第二摄像头 获取第二帧图像；且在第一光源熄灭，同时第二光源点亮，此时第一摄像头和第二摄像头同 时再次曝光，第一摄像头获取第三帧图像，第二摄像头获取第四帧图像； 第一处理器用于将所述第一帧图像和第三帧图像相减得到第一帧差图像，根据所述第 一帧差图像识别第二光源的像素位置，第二处理器用于将所述第二帧图像与第四帧图像相 减得到第二帧差图像，根据所述第二帧差图像得到第一光源的像素位置。
【文档编号】A63F13/219GK104190078SQ201410432763
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】李乐, 周琨 申请人:深圳市欢创科技有限公司