[发明专利]一种投影键盘的实时动态自动化标定方法

权利要求书

1.一种投影键盘的实时动态自动化标定方法，其特征在于，包括：

步骤1、摄像头标定：

摄像头标定为识别摄像头的标定，用于进行指尖区域识别与定位；

标定采用定制的分布尺寸已知的LED小灯板作为LED标定板，利用识别摄像头拍摄一张LED标定板的图片，利用阈值分割算法检测LED标定板上的每个灯点，计算灯点的质心作为标定点在图像中的坐标，即标定点的图像坐标；同时由于LED标定板的尺寸已知，LED标定板上的每个灯点的世界坐标已知；根据已知的LED标定板上标定点的图像坐标和世界坐标，计算识别摄像头的内参数矩阵和畸变模型的畸变系数，即完成摄像头标定；

步骤2、标定基准点选取：

实时动态标定过程中，投影键盘投射到一个可移动的平面上，实时标定出识别摄像头和投影键盘之间的相对位置关系即识别摄像头的外参数，在计算相对位置关系时需要在投影键盘的投射平面设置4个标定基准点，4个标定基准点的位置与投影键盘图案四个顶点相重合，利用摄像头拍摄包含全部4个标定基准点在内的投射平面图片；

采用阈值分割算法提取出投射平面图片中4个标定基准点分别对应的光斑区域，并计算光斑区域的最小外接矩的中心作为标定基准点在图像中的坐标，即标定基准点的图像坐标；

步骤3、基准点的世界坐标规定：

投影键盘整体尺寸和各个按键尺寸已知，投影键盘长x0、宽y0，在计算识别摄像头与投影键盘相对位置关系时，规定投影键盘左上顶点世界坐标为(x，y，z)，右上顶点世界坐标(x+x0，y，z)，左下顶点世界坐标(x，y+y0，z)，右下顶点世界坐标(x+x0，y+y0，z)，并以此四个坐标作为步骤2中四个标定基准点的世界坐标；

步骤4、外参数动态标定：

将步骤2中标定基准点的图像坐标与步骤1中识别摄像头的内参数矩阵相乘得到标定基准点在摄像机坐标系中的坐标，根据畸变模型计算标定基准点在摄像机坐标系下校正后的坐标；

摄像机坐标系下的标定基准点坐标与步骤3中标定基准点世界坐标为投影变换关系，根据投影变换关系建立四个标定基准点从摄像机坐标到世界坐标系的变换方程，最后解出方程中的未知系数即得到投影变换矩阵，所述的投影变换矩阵用来描述识别摄像头与投影键盘之间的相对位置关系；

步骤5、投影键盘计算：

根据投影键盘整体尺寸、各个按键尺寸以及四个标定基准点的世界坐标计算各个按键的世界坐标，生成键盘表。

2.根据权利要求1所述的一种投影键盘的实时动态自动化标定方法，其特征在于，还包括：

步骤6、坐标匹配：

通过指尖对投影键盘进行操作，在投影键盘的投射装置底部设有红外激光器，用于对指尖进行光补偿；

在识别摄像头捕获到的图像中，指尖反光区域亮度高于周围区域，采用阈值分割算法从识别摄像头所拍摄的图像中分割出指尖的反光区域，并计算指尖反光区域的质心的图像坐标；最后将指尖反光区域质心的图像坐标与步骤1中标定的识别摄像头内参数矩阵相乘得到指尖反光区域的质心在识别摄像机坐标系下的坐标，采用畸变模型对指尖反光区域的质心的摄像机坐标系下的坐标进行校正，将校正后的指尖反光区域的质心摄像机坐标系下的坐标再乘以步骤4中标定的识别摄像头对应的投影变换矩阵得到指尖反光区质心的世界坐标，完成指尖区域的定位；

在步骤5生成的键盘表中进行查表，将按键坐标与指尖反光区质心的世界坐标进行匹配，实现投影键盘和鼠标的响应。