[发明专利]基于投影式台球系统的投影和图像采集的坐标匹配方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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：

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竖线，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。

所述定位基底为定位纸或定位布。

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。

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。

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。

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、竖两条线的斜率k₁、k₂；

经过点C且斜率为k₁、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C_U、C_R、C_D、C_L，其中，C_U、C_R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；