一种巨型幕多人射击互动景物定位方法技术

本发明专利技术公开了一种巨型幕多人射击互动景物定位方法，包括以下步骤，设置光学墙，建立光学坐标系，测量每个红外灯密集区域的几何中心的世界坐标，设定相邻4个构成矩形的红外灯密集区域的模式数；安装摄像头和仿真枪；对图像进行预处理；选取的4个红外灯密集区所含的红外灯数量，获得模式数，并获得4个红外灯密集区的几何中心所对应的像素坐标矩阵；根据世界坐标矩阵和像素坐标矩阵获得投影变换矩阵H；根据仿真枪在图像中对应的像素位置，通过投影变换矩阵H获得仿真枪对准的光学墙的世界坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种巨型幕多人射击互动景物定位方法
本专利技术专利提供了一种解决巨形幕、多人射击互动的景物定位方,涉及计算机视觉和摄影测量等
技术背景模拟射击系统多年来应用于军队射击训练或警务人员的临场射击作战素质的培训,减少了子弹弹药的使用和训练场地面积,是一项有诸多优势的高新技术应用,但随着社会的物质文明和精神文明的不断发展,模拟射击技术的应用从军用走向普通大众的娱乐消费市场,人们的物质和精神消费的品质也逐步提升,不断对射击互动类型的娱乐产品的用户体验提出高要求。传统的用于射击训练的弹着点定位方法通常是在仿真枪的枪口安装激光发射器,在幕布的同侧或异侧安装红外传感装置(多为经过过滤可见光的红外感光摄像机),数据运算单元通过红外传感装置所获取的图像,计算以幕布边框为取景框的图象内的激光光斑的像素坐标(以幕布左上角边坐标原点,横边为x轴,纵边为y轴建立图像像素坐标系),从而获取仿真枪击中幕布的位置坐标。该方法可以精确定位到仿真枪的射击击中位置,但在多人同时射击时无法区分红外传感装置采集图像中每一个激光光斑所对应的射击者身份,无法实现多人同时射击的应用需求。技术[CN2692622Y]提供了一种将光源安装于幕布背后,红外传感装置安装于仿真枪的虚拟射击系统,该系统可以实现多个射击者同时运用手中的仿真枪中的红外传感装置捕捉同一个光源的影像,并根据仿真枪枪口的运动时光源像点在红外传感成像视野中的相对运动计算仿真枪的射击击中位置。专利技术[CN103418132A]提供了一种以家用电视等小面积成像屏幕的中心光点在仿真枪枪口摄像机成像视野中的相对运动来确定射击击中屏幕位置的方法,但此类方法的重点是假设仿真枪的瞄准线和枪口上的摄像机的光轴是平行或近似重合的位置关系,当射击者使枪口运动时摄像机光轴的延长线与屏幕的交点也相应发生改变(此交点位置即为所求的射击击中位置),同时屏幕中心光点在摄像机中的成像像点也会随之发生相对变化,运用该中心光点的像点及光轴延长线与屏幕交点的相对运动关系确定射击击中位置的坐标。该方法虽实现了光源在屏幕位置光感应装置在仿真枪中时的射击击中点定位,但当屏幕面积足够大时,由于仿真枪摄像机的成像视野无法将屏幕全部摄取,会导致摄像机光轴与屏幕交点还未到达屏幕边沿时,屏幕中心光点的像点早已离开摄像机的成像视野从而使该射击点位置确定方法失效,因此该方法无法适用于幕布面积过大的巨形幕成像的射击互动场合。弧形或球形巨形幕能给射击者提供更高质影像效果和3D特效,更多的是给射击者带来沉浸式融入场景的逼真感,特别是时下火热的互动电影便是将优质的影像效果、场景特效和射击互动技术完美的结合,开辟出一个新兴的娱乐体验模式,市场需求蓬勃而旺盛,本专利技术专利提供了一种解决巨形幕、多人射击互动的景物定位方法,迎合了虚拟射击游戏和互动电影市场对技术的新需求和玩家对娱乐体验品质的高要求,在当今科学技术不断发展的前提下,越来越多的射击互动娱乐产品制造商欲引进弧形或球形巨型幕以带给玩家更高参与感的高质量娱乐体验。
技术实现思路
本专利技术针对现今娱乐市场对虚拟射击互动技术的不断发展的高要求,提供一种解决巨形幕、多人射击互动的景物定位方法。该方法可以实现多人同时射击互动,且能够在巨形幕成像场景中将幕布先分块定域再射影投射定位射击击中点位置。该方法在屏幕位置设置光学墙,布置若干数量按特殊规律排列的红外灯形成对整个屏幕的分块特征编码,采用滤去可见光的摄像机采集红外灯像点图像,嵌入式线路板中加载核心程序对摄像机传输过来的图像进行处理,最终实现上述功能。本专利技术采用以下技术方案:该巨形幕、多人射击互动的景物定位方法包括光学墙布置方法、仿真枪中摄像机配置方法及光源图像采集的特殊性设定和嵌入式线路板中数据处理核心算法。该光学墙布置方法包括以下步骤:步骤1:以屏幕左上角为坐标原点,以屏幕纵向边框为X轴横向边框为Y轴(由图像采集摄像机的像素坐标系方位构成决定)建立光学墙坐标系;步骤2:将光学墙上布置若干数量的红外灯(红外灯根据屏幕材质取材,若为投影幕布则选波长足够长,散射角足够大的红外灯置于幕布后方;若为LED电子屏则取屏幕发光阵列中某些LED灯管更换为相同面积的无可见光LED红外发射管;若为其它材质视场合另选其它规格红外灯),灯的位置遵循如下规律:a灯与灯之间按间距大小可分为密集和稀疏两种位置关系,距离小于临界值R则为密集关系,大于临界值R则为稀疏关系;b相互间处于密集关系的灯组成一个密集区域;c任意一个密集区内的灯与另一个密集区内的灯相互间处于稀疏关系;d每一个密集区域的灯的数量可以是1以上的任意自然数,所有红外灯密集区域的几何中心点呈矩形阵列排列。步骤3:精确测量每一个红外灯密集区域的几何中心坐标。即红外灯密集区的几何中心的世界坐标。该仿真枪中摄像机配置方法及光源图像采集的特殊性设定包括以下步骤:步骤1:将摄像头安装于仿真枪的枪口,使仿真枪的瞄准线与摄像机的光轴处于平行关系或者重合的关系;步骤2:将摄像机镜头前严密地挡上滤光墨片以滤掉可见光,采集到只有红外灯像点的图像;步骤3:对摄像机镜头规格的选取要满足如下条件:镜头光圈要适宜,要保证在应用场合中射击者在极近距离(为保证用户体验设定的射击者射击过程中距幕布的最小距离)下摄像机成像视野中至少有4个红外灯密积区域；采用鱼眼失真较小的镜头。嵌入式线路板中数据处理核心程序其算法分步描述如下:步骤1:图像预处理；步骤2:搜索图像中所有的连通域(红外灯像点所覆盖的全部像素围成的图像区域)，并逐一求解各连通域质心的像素坐标,得到摄像机图像中所有红外灯像点的像素坐标；步骤3:从所求得连通域质心(红外灯像点像素坐标)中选取横坐标最小的点为参考点(若存在多个横坐标最小点,任取其一即可),以设定半径R为邻域,搜索该邻域里出现的全部连通域质心,所有质心点计算完毕判定第一个密集区域质心点圈定完毕,将己被圈定的属于同一密集区的质心点排除,再开始选取下一个搜选参考点,循环上述操作,此处遍历完成所有密集连通域质心点圈定（相邻距离符合小于R的质心点的归类）；步骤4:计算每一个密集区所包含的连通域质心坐标的数量,得到每一个密集区域的特征值；步骤5:计算摄像机成像平面中每一个红外密集区域的几何中心像素坐标;步骤6:对步骤5中所输出的红外灯密集区几何中心点的像素坐标进行筛选,输出横纵坐标最小的密集区几何中心点以及与之构成四角形关系的另三个密集区几何中心点(此为最简单的筛选方法,也有其它方法,但算法复杂度较高),将筛选出的4个密集区特征值按其对应的密集区几何中心的位置关系从横纵坐标最小者顺时针排列,得到一个4位数,这个4位数即构成区域识别特征编码即模式数；步骤7:根据模式数得到识别结果,输出模式数中4个特征值所对应的密集区域几何中心的像素坐标矩阵和世界坐标矩阵,两矩阵中各元素均按其对应的密集区几何中心的位置关系从横纵坐标最小者顺时针排列；步骤8:根据摄像机线性成像模型,步骤7输出的四对坐标构成模型中的世界坐标和像素坐标的对应关系,利用解线性方程组的方法求解投影变换矩阵中的各个元素,输出投影变换矩阵H；步骤9:运用求精算法求精投影变换矩阵H；步骤10:根据摄像机成像逆投影(射影逆变换)计算仿真枪射击击中坐标,将此坐标发送给主机,主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种巨型幕多人射击互动景物定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置光学墙，以光学墙最左上角为原点建立光学坐标系，并在光学墙上布置若干数量的红外灯密集区域，测量每个红外灯密集区域的几何中心的在光学墙坐标系的坐标，即世界坐标，各个红外灯密集区域的几何中心呈矩形阵列排列，根据相邻4个构成矩形的红外灯密集区域中各个红外灯密集区域的红外灯的个数，设定模式数；步骤2、将摄像头安装于仿真枪的枪口,使仿真枪的瞄准线与摄像机的光轴处于平行关系或者重合的位置，将摄像机镜头前挡上滤光墨片以滤掉可见光；步骤3、对摄像头拍摄到的图像进行预处理；步骤4、对预处理后的图像搜索所有的连通域，并求解各个连通域质心的像素坐标，即得到所有红外灯像素点的像素坐标；步骤5、圈定各个红外灯密集区中红外灯像素点；步骤6、计算各个红外灯密集区中红外灯像素的个数，计算各个红外灯密集区的几何中心的像素坐标；步骤7、选取几何中心像素坐标的横纵坐标最小所对应的红外灯密集区，并选取3个与横纵坐标最小所对应的红外灯密集区构成矩形关系的红外灯密集区，根据本步骤选取的4个红外灯密集区所含的红外灯数量，获得模式数，并获得4个红外灯密集区的几何中心所对应的像素坐标矩阵；步骤8、根据模式数获得步骤7中4个红外灯密集区的几何中心的世界坐标及世界坐标矩阵；步骤9、根据世界坐标矩阵和像素坐标矩阵获得投影变换矩阵H；步骤10、根据仿真枪在图像中对应的像素位置，通过投影变换矩阵H获得仿真枪对准的光学墙的世界坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种巨型幕多人射击互动景物定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置光学墙，以光学墙最左上角为原点建立光学坐标系，并在光学墙上布置若干数量的红外灯密集区域，测量每个红外灯密集区域的几何中心的在光学墙坐标系的坐标，即世界坐标，各个红外灯密集区域的几何中心呈矩形阵列排列，根据相邻4个构成矩形的红外灯密集区域中各个红外灯密集区域的红外灯的个数，设定模式数；步骤2、将摄像头安装于仿真枪的枪口,使仿真枪的瞄准线与摄像机的光轴处于平行关系或者重合的位置，将摄像机镜头前挡上滤光墨片以滤掉可见光；步骤3、对摄像头拍摄到的图像进行预处理；步骤4、对预处理后的图像搜索所有的连通域，并求解各个连通域质心的像素坐标，即得到所有红外灯像素点的像素坐标；步骤5、圈定各个红外灯密集区中红外灯像素点；步骤6、计算各个红外灯密集区中红外灯像素的个数，计算各个红外灯密集区的几何中心的像素坐标；步骤7、选取几何中心像素坐标的横纵坐标最小所对应的红外灯密集区，并选取3个与横纵坐标最小所对应的红外灯密集区构成矩形关系的红外灯密集区，根据本步骤选取的4个红外灯密集区所含的红外灯数量，获得模式数，并获得4个红外灯密集区的几何中心所对应的像素坐标矩阵；步骤8、根据模式数获得步骤7中4个红外灯密集区的几何中心的世界坐标及世界坐标矩阵；步骤9、根据世界坐标矩阵和像素坐标矩阵获得投影变换矩阵H；步骤10、根据仿真枪在图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宣付，彭健，黄江涛，
申请(专利权)人：北京太阳光影影视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11