[发明专利]一种投影键盘的实时动态自动化标定方法

说明书

一种投影键盘的实时动态自动化标定方法，涉及一种投影键盘的自动化标定方法。为了解决目前的标定方法存在较大的标定误差的问题。本发明首先利用识别摄像头拍摄一张LED标定板的图片，计算识别摄像头的内参数矩阵和畸变模型的畸变系数；将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，并计算标定基准点的图像坐标；根据投影键盘计算识别摄像头与投影键盘相对位置关系并确定标定基准点的世界坐标；根据投影变换关系建立标定基准点从摄像机坐标到世界坐标系的变换方程，得到投影变换矩阵；然后根据投影键盘尺寸以及标定基准点的世界坐标系计算各个按键的世界系坐标。本发明适用于投影键盘的自动化标定。

技术领域

本发明涉及一种投影键盘的自动化标定方法。

背景技术

输入设备(键盘、鼠标)是计算机设备或者其他智能设备的人机交互的重要工具，随着计算机设备或者可穿戴智能设备的微型化，诸多电子领域的产品将输入设备做到小型化甚至微型化，但是输入设备越小给人们造成输入不方便的麻烦，但是仍然不能满足移动、便携的需求，目前已经有一些计算机设备或者可穿戴智能设备采用了投影键盘作为输入设备。

但是投影键盘的标定工作任然存在诸多问题，目前对于投影键盘的标定基本上都是采用人工手动标定，实际标定过程中，采用人工手动标定，而且需要人工对投影键盘上的每个按键都进行标定，而且不同的人员进行标定必定会使标定结果不同，带来误差，使得键盘标定的准确性受到影响。例如，每个人的手指大小不同，会导致指尖坐标提取的不一致，会导致标定结果的准确性下降。

由于设置有投影键盘的设备中，在投影键盘进行安装时，总会存在一定的安装误差，所以标定的投影键盘经常存在误差，而且在设备使用时也经常遇到磕碰导致投影键盘投射装置的相对位置发生偏差，进而导致投影键盘在实际过程中存在误差。

发明内容

本发明为了解决目前的标定方法存在较大的标定误差的问题，以及投影键盘投射装置的相对位置发生偏差时投影键盘存在较大误差的问题。

一种投影键盘的实时动态自动化标定方法，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：