基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法
【专利摘要】本发明为一种基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法。包括：根据台球桌内沿的大小，制作由若干标准正方形网格图案组成的定位基底；将定位基底平铺在台球桌上，使网格图案的四条边与长方形台球桌的内沿对齐；使投影网络中的交叉点与定位基底上的网格的交叉点之间形成--对应关系；使采集影像中的交叉点上台球的坐标与定位基底网格交叉点的坐标之间形成一一对应关系；对图像采集设备采集到的台球图像与定位基底的标准正方形网格进行每一个点的坐标匹配；建立标准正方形网格与投影网格图像的匹配关系。本发明大幅度消除了因为图像捕捉设备与投影设备的镜头畸变所带来的对坐标位置的影响。且不需要复杂的数学方法，不用考-虑镜头的曲率变化的因素。无论是否更换不同的镜头都可以适用。
【专利说明】基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及红外线应用技术、投影控制技术、电脑图像识别技术等领域，可应用于 台球运动中的八球、九球、斯诺克等台球运动的训练、辅助以及娱乐活动中，适用于初、中、 高级各类台球爱好者，具体属于基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法。
【背景技术】
[0002] 随着红外线技术和投影技术的日趋成熟，人们开始将这些技术与现有的台球运动 结合起来，使用户在台球运动的同时可以在台球桌上直观地看到用投影投画出来的台球预 判轨迹、互动特效、击球提示信息等等内容（例如，ZL201110312228. 0)，这些对于台球爱好 者来说的确是一个极好的福音。这类台球投影在实现的过程中都要面对一个很重要的问 题，就是投影设备、台球桌和图像采集设备之间的坐标匹配问题。
[0003] 台球是一项要求比较精确的运动，有时甚至瞄准只差了一毫米，但由于台球长台 运行的放大效应，这一毫米的误差就会让目标球不能达到理想的运行想结果。因此这就不 但要求投影在桌面上的轨迹十分精确，而且还要求图像采集设备对台球位置的捕捉同样要 相当精确。而由于台球的安装环境的限制，投影式台球系统的采集设备的镜头必须是广角 的，投影设备必须是短焦的。可是在实际的产品中，广角镜头与短焦投影都不可避免地会出 现图像畸变的情况。
[0004] 如果只是用数学去克服镜头和投影的畸变，这样会因为投影影像与台球不在一个 平面上而造成算法复杂、还原坐标不准确的麻烦。同时，还会因为不同型号镜头的曲率不 同、图像不对称等不定因素进一步影响数学算法的结果。
[0005] 如图1-3所示，对于一组平铺在台球桌上的标准正方形网格图像（图1)，由图像采 集设备捕捉到该图像（图2)在边缘处产生畸变，越在边缘畸变越严重；由投影投到台球桌 上的该图像（图3)也会产生一定程度的倾斜畸变。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供一种解决在投影式台球系统中 的镜头图像畸变和投影畸变问题的一种基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹 配方法。
[0007] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于投影式台球系统的投影和 图像采集的坐标匹配方法，包括以下步骤：
[0008] 根据台球桌内沿的大小，制作由若干标准正方形网格图案组成的定位基底，并将 网格的交叉点镂空；
[0009] 将定位基底平铺在台球桌上，使网格图案的四条边与长方形台球桌的内沿对齐；
[0010] 利用投影设备在定位基底上投出与其等大的网格图像，平移、旋转或拉伸所述网 格图像的各条横线与坚线，使投影在台球桌上的网格图像与定位基底上的网格图案完全重 合； toon] 根据调整后的投影网格图像交叉点的位置信息，建立投影网格图像坐标系，使投 影网络中的交叉点与定位基底上的网格的交叉点之间形成一一对应关系；
[0012] 在定位基底上的每个镂空处分别放上一个台球，利用图像采集设备采集此时的图 像，分析出每个台球在图像中的高光点所处的像素点的位置，根据所述像素点的位置建立 采集影像坐标系，使采集影像中的交叉点上台球的坐标与定位基底网格交叉点的坐标之间 形成 对应关系；
[0013] 对图像采集设备采集到的台球图像与定位基底的标准正方形网格进行每一个点 的坐标匹配；
[0014] 建立标准正方形网格与投影网格图像的匹配关系。
[0015] 所述定位基底为定位纸或定位布。
[0016] 所述将网格的交叉点镂空为：在网格的交叉点处形成6mm左右的圆形或方形的 洞。
[0017] 所述投影网格图像坐标系是以投影网格图像的左下点为原点，与台球桌长边平行 方向为X轴，与台球桌短边方向平行为y轴的坐标系。
[0018] 所述采集影像坐标系是以图像采集设备采集到的台球图像的左下点为原点，与台 球桌长边平行方向为X轴，与台球桌短边方向平行为y轴的坐标系。
[0019] 所述对图像采集设备采集到的台球图像与定位基底的标准正方形网格进行每一 个点的坐标匹配，包括以下步骤：
[0020] 对于图像采集设备采集到的台球图像内的某一个点C，先判断点C在哪四个台球 组成的最小网格中，然后找出该网格的4个顶点中距离点C最近的一个顶点；
[0021] 计算经过所述顶点的横、坚两条线的斜率ki、k2 ;
[0022] 经过点C且斜率为kp k2的两条线与所述四个台球组成的最小网格的四条边线产 生顺时针方向围绕点C的四个交点CpCpCpQ，其中，(^、(^与距离点C最近的最小网格顶 点相对距离近，根据两点间距的距离公式计算出这4个点与点C的距离；
[0023] 计算线段比例关系：
[0024]
【权利要求】
1. 一种基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其特征在于，包括以 下步骤： 根据台球桌内沿的大小，制作由若干标准正方形网格图案组成的定位基底，并将网格 的交叉点镂空； 将定位基底平铺在台球桌上，使网格图案的四条边与长方形台球桌的内沿对齐； 利用投影设备在定位基底上投出与其等大的网格图像，平移、旋转或拉伸所述网格图 像的各条横线与坚线，使投影在台球桌上的网格图像与定位基底上的网格图案完全重合； 根据调整后的投影网格图像交叉点的位置信息，建立投影网格图像坐标系，使投影网 络中的交叉点与定位基底上的网格的交叉点之间形成一一对应关系； 在定位基底上的每个镂空处分别放上一个台球，利用图像采集设备采集此时的图像， 分析出每个台球在图像中的高光点所处的像素点的位置，根据所述像素点的位置建立采集 影像坐标系，使采集影像中的交叉点上台球的坐标与定位基底网格交叉点的坐标之间形成 对应关系； 对图像采集设备采集到的台球图像与定位基底的标准正方形网格进行每一个点的坐 标匹配； 建立标准正方形网格与投影网格图像的匹配关系。
2. 根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述定位基底为定位纸或定位布。
3. 根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述将网格的交叉点镂空为：在网格的交叉点处形成6_左右的圆形或方形的 洞。
4. 根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述投影网格图像坐标系是以投影网格图像的左下点为原点，与台球桌长边平 行方向为X轴，与台球桌短边方向平行为y轴的坐标系。
5. 根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述采集影像坐标系是以图像采集设备采集到的台球图像的左下点为原点，与 台球桌长边平行方向为X轴，与台球桌短边方向平行为y轴的坐标系。
6. 根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述对图像采集设备采集到的台球图像与定位基底的标准正方形网格进行每一 个点的坐标匹配，包括以下步骤： 对于图像采集设备采集到的台球图像内的某一个点C，先判断点C在哪四个台球组成 的最小网格中，然后找出该网格的4个顶点中距离点C最近的一个顶点； 计算经过所述顶点的横、坚两条线的斜率h、k2 ; 经过点C且斜率为kp k2的两条线与所述四个台球组成的最小网格的四条边线产生顺 时针方向围绕点C的四个交点CpCpCpQ，其中，(^、(^与距离点C最近的最小网格顶点相 对距离近，根据两点间距的距离公式计算出这4个点与点C的距离； 计算线段比例关系：
根据这两个比例关系，先在标准正方形网格中找到与点C相匹配的点T所在的正方形 网格，该正方形网格的四个顺时针排列的顶点?\、Τ2、Τ3、Τ4组成的线段TJ 4上有与点(^相 对应的点?Υ、线段TJ2上有与点Cu相对应的点Tu、线段T2T 3上有与点CK相对应的点Τκ、线段 Τ3Τ4上有与点CD相对应的点TD，然后再根据这个正方形网格的顶点坐标确定点Τ的坐标 ：
其中，（Xt，yt)为标准网格图像中点T的坐标、Xtl为标准网格图像中点?\的横坐标， (Xt2, yt2)为标准网格图像中点τ2的坐标，yt3为标准网格图像中点τ 3的纵坐标； 通过以上方法，把图像采集设备采集的台球位置图像与定位基底的标准正方形网格建 立起点与点一一对应关系。
7.根据权利要求1所述的基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法，其 特征在于，所述建立标准正方形网格与投影网格图像的匹配关系，包括以下步骤： 过标准网格中的一点Τ做两条直线，一条与标准网格的横向边垂直，另一条与标准网 格的纵向边垂直，这两条直线与点Τ所在的最小网格交于四个点，按顺时针顺序分别为Tu、 τκ、V ιγ;其中，点τ所在的最小网格的四个顶点按顺时针顺序分别为Vτ2、τ3、τ4,点Tu在 线段TJ 2上； 计算出ivr、H、τκτ、ιγτκ这四条线段的两个比值：
在投影网格中找到与点?\、Τ2、Τ3、Τ4对应的最小投影网格Pi、Ρ 2、Ρ3、Ρ4，根据点Pi、Ρ2、 Ρ3、Ρ4的坐标，计算出PiP2和Ρ3Ρ 4的两个斜率；
然后再计算出Ρυ点坐标和ρκ点坐标：
其中，Ρυ，ρκ两点是在投影的图像中，过目标点Ρ点与网格右线和上线的平行线后与上 线和右线的交叉点； 最后根据Ρ?点坐标和斜率kx，Ρκ点坐标和斜率ky计算这两条线的交点Ρ点，Ρ点即为 标准正方形网格中的T点在投影网格图像中的坐标匹配点。
【文档编号】G03B29/00GK104208870SQ201410312461
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】乔冰, 李姣昂 申请人:乔冰, 李妓昂