[发明专利]一种实时判别摄像机光轴的方法

权利要求书

1.一种实时判别摄像机光轴的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，在游戏显示屏幕上安装LED闪烁，所述的安装LED闪烁的数量根据视场大小而定；虚拟枪内置用于实时采集屏幕上安装LED闪烁图像的高速相机，并对采集屏幕上安装LED闪烁图像进行去除背景光处理；

步骤二，根据虚拟枪实时采集游戏屏幕上LED闪烁的点数和LED闪烁的奇偶性建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系，实现实时判别机器视觉中物体相对位姿。

2.根据权利要求1所述的一种实时判别摄像机光轴的方法，其特征在于：

所述的步骤二具体实现方法包括步骤2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7，

步骤2.1，定义采集游戏屏幕上LED闪烁图像次数为奇数时为奇数帧，采集游戏屏幕上LED闪烁图像次数为偶数时为偶数帧；

步骤2.2，给游戏屏幕上LED闪烁编号，按顺时针顺序编为LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5、LED闪烁6，定义LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁6为奇场，LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5为偶场；

步骤2.3，LED闪烁点亮时，设置其值为正；LED闪烁熄灭时，设置其值为0；

步骤2.4，奇数帧时，LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁6通电点亮，偶数帧时，LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5通电点亮；

步骤2.5，判断虚拟枪实时采集的LED闪烁对应的编号是LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁6组中的一个，或是LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5中的一个；

步骤2.5具体判断方法为，当采集游戏屏幕上LED闪烁奇数帧图像闪烁时，利用步骤一中的帧间差分法实现当前帧减去上一帧，提取LED闪烁的值和位置，当前LED值为正则判断是LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁6组中的一个；若LED值为负则判断是LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5组中的一个；当采集游戏屏幕上LED闪烁偶数帧图像闪烁时，利用步骤一中的帧间差分法实现当前帧减去上一帧，提取LED闪烁的值和位置，当前LED值为正则判断是LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5中的一个；若LED值为负则判断是LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁6中的一个；

步骤2.6，根据步骤2.5判断结果，结合LED闪烁1、LED闪烁2、LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁5、LED闪烁6的实际几何关系判断建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系；

步骤2.6具体判断方法为，

步骤2.6.1，若获取LED闪烁的个数少于四个，则判断虚拟枪指向了屏幕外；

步骤2.6.2，若获取LED闪烁的个数为四个，利用步骤2.5判断其中有三个LED闪烁为奇场LED闪烁，另一个为偶场LED闪烁的一个，定义为参考点；或者其中有三个LED闪烁为偶场LED闪烁，另一个为奇场LED闪烁的一个，定义为参考点；

首先，求取摄像机采集的同组三个LED闪烁两两之间的距离，取最小的距离为a，再求取另外一个LED闪烁分别到该组三个LED闪烁之间的距离，取最大距离为b；如果b＜2a，则判断出获取的四个LED闪烁映射的实际四个LED闪烁位置组成长方形，如果b＞2a，获取的四个LED闪烁映射无效；

定义参考点坐标为(x₃，y₃)，定义与参考点距离最远的为其对角上的LED闪烁坐标为(x₁，y₁)，定义另外两个LED闪烁坐标为(x₂，y₂)和(x₄，y₄)，通过(x₁，y₁)和(x₃，y₃)的直线方程为：

y=y3-y1x3-x1(x-x1)+y1]]>

定义x₁＝x₃时，通过下述式子判断(x₂，y₂)和(x₄，y₄)：

1≥y3-y1x3-x1≥0,y2>y4y3-y1x3-x1>1,x4>x2-1≤y3-y1x3-x1<0,y2<y4y3-y1x3-x1<-1,x4<x2]]>

由于实际屏幕上对应的LED闪烁坐标值是已知的，即实现建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系；

步骤2.6.3，若获取LED闪烁的个数为五个，利用步骤2.5判断其中有三个LED闪烁为奇场LED闪烁，另外两个为偶场LED闪烁的两个；或者其中有三个LED闪烁为偶场LED闪烁，另外两个为奇场LED闪烁的两个；

分别求取两个LED闪烁到另外三个同一组的LED闪烁距离之和，取为c1和c2，取c1、c2两者较小的值对应的LED闪烁与另外三个同一组的LED闪烁构成四边形，定义取c1、c2两者较小的值对应的LED闪烁为参考点；

定义参考点坐标为(x₃，y₃)，定义与参考点距离最远的为其对角上的LED闪烁坐标为(x₁，y₁)，定义另外两个LED闪烁坐标为(x₂，y₂)和(x₄，y₄)，通过(x₁，y₁)和(x₃，y₃)的直线方程为：

y=y3-y1x3-x1(x-x1)+y1]]>

定义x₁＝x₃时，通过下述式子判断(x₂，y₂)和(x₄，y₄)：

1≥y3-y1x3-x1≥0,y2>y4y3-y1x3-x1>1,x4>x2-1≤y3-y1x3-x1<0,y2<y4y3-y1x3-x1<-1,x4<x2]]>

由于实际屏幕上对应的LED闪烁坐标值是已知的，即实现建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系；

步骤2.6.4，若获取LED闪烁的个数为六个，利用步骤2.5判断其中有三个LED闪烁为奇场LED闪烁，另外三个为偶场LED闪烁；

分别求取奇场三个LED闪烁到另外一组三个LED闪烁距离之和，取为d1、d2和d3，d1、d2和d3中最小者对应的LED闪烁为LED闪烁2，偶场LED闪烁距离LED闪烁2最远的为LED闪烁4；再分别求取偶场三个LED闪烁到另外一组三个LED闪烁距离之和，取为e1、e2和e3，e1、e2和e3中最小者对应的LED闪烁为LED闪烁5，偶场LED闪烁距离LED闪烁5最远的为LED闪烁1；奇场余下的为LED闪烁6，偶场余下的LED闪烁3；

取LED闪烁1、LED闪烁3、LED闪烁4、LED闪烁6构成四边形，由于实际屏幕上对应的LED闪烁坐标值是已知的，即实现建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系；

步骤2.6.5，根据步骤2.6.2、步骤2.6.3、步骤2.6.4即可建立采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系；所述的采集LED闪烁位置与游戏显示屏幕LED闪烁实际位置的映射关系用于步骤2.7实现判别机器视觉中物体相对位姿的方法；

步骤2.7，由于四个点在屏幕上的坐标位置以及在摄像机上成像的坐标位置已知，可以求出摄像机坐标转换成相应屏幕上坐标的变换矩阵H，定义摄像机主点为其光轴，可以进一步求得主点在屏幕上的坐标位置；

由步骤2.6已求取构成四边形的四个LED闪烁在摄像机成像平面上的坐标值统一记为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，且该四个LED闪烁在实际屏幕上的坐标已知，为(X1，Y1)，(X2，Y2)，(X3，Y3)，(X4，Y4)；已知(xi，yi)和(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)一一对应，利用投影变换，求出其变换矩阵H；

变换矩阵H与摄像机主点坐标相乘，即得到虚拟光点在屏幕上的坐标，即实现利用游戏的显示屏上安置的LED与计算虚拟枪映射的位置关系，实现实时判别机器视觉中物体相对位姿。