CN102663731A

CN102663731A - 一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法及系统

Info

Publication number: CN102663731A
Application number: CN2012100648566A
Authority: CN
Inventors: 唐年华
Original assignee: Vtron Technologies Ltd
Current assignee: Vtron Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: CN102663731B

Abstract

本发明公开了一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法及系统。方法包括步骤：预先建立触摸屏幕坐标系，获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标；全屏显示触摸调试绘图窗口，以镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；假设镜头光轴在图像上对应为某一设定位置，将触摸笔沿圆弧移动，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域，记录点击点屏幕坐标；选取第二像素长度，以点击点屏幕坐标为中心对称在圆弧上绘制两个矫正基点；将触摸笔分别置于两个矫正基点上形成光斑,读取光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2；计算摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（X1+X2）/2。本发明简单实用，能获取高精度光轴参数。

Description

一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法及系统

技术领域

本发明涉及触控技术领域，具体涉及一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法及系统。

背景技术

显示触控技术以其性能成熟、操作简便而广泛应用日常生产生活，大到拼接显示触摸定位系统，小到各式各样的触摸手机，都显示出触控技术的实用和便利。目前小尺寸现实触控系统的触控装置，触控技术多采用电容或者电阻膜的方式；而对于50寸及以上的大尺寸显示触控系统的触控装置，目前较成熟的方案有红外光阵列扫描方式和摄像机光学触控方式。摄像机光学触控应用可分为后定位方式和前定位触摸框方式。前定位触摸框方式以其结构轻薄简洁而应用于各种数字交互触控显示系统中。

在实际应用中，人们多半采用取拍摄图像横向分辨率宽度的一半值为光轴所在像素位置，但这只是一个估计值，根据此值得到的定位效果也隐藏着风险。为了获取摄像机镜头光轴位置，人们设计出了各种各样的标定方法，比如张正友标定算法，但过于专业的算法需要一系列实验设备，以及复杂的计算方法。虽然用这些方法能非常精确地获取包括摄像机光轴位置在内的摄像机参数，但这对于摄像机触摸定位系统来说，又显得过于繁琐和精细。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单实用，能够获取高精度光轴参数的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法。

本发明还提供一种简单实用，能够获取高精度光轴参数的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统。

为解决上述技术问题，本发明第一个发明目的的技术方案如下：

一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法，包括如下步骤：

预先建立触摸屏幕坐标系，获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标；

全屏显示触摸屏调试绘图窗口，以摄像机镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；

假设摄像机镜头光轴在图像上对应为某一设定位置，将触摸笔沿圆弧移动，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域，记录点击点的屏幕坐标；

选取第二像素长度，以点击点的屏幕坐标为中心对称在圆弧上绘制出两个矫正基点；

将触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑，分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2；

计算获取摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（ X1+ X2）/2。

上述方案中，所述设定位置是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率确定的，用于预先估计光轴所在位置。

上述方案中，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域具体是：当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作，触摸笔即点击绘图区域。

本发明第二个发明目的的技术方案如下：

一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统，包括：

屏幕坐标系建立模块，用于预先建立触摸屏幕坐标系；

绘图模块，用于控制在触摸屏上全屏显示触摸屏调试绘图窗口，获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标，以摄像机镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；

光轴位置设定模块，用于设定摄像机镜头光轴在图像上对应为某一设定位置；

点击点确定模块，当触摸笔沿圆弧移动时，所述点击点确定模块用于检测触摸笔在圆弧上形成的光斑，当所述触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，，记录点击点的屏幕坐标；

绘图模块还用于选取第二像素长度，以点击点的屏幕坐标为中心对称在圆弧上绘制出两个矫正基点；

矫正基点横向位置获取模块，当触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑时，矫正基点横向位置获取模块分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2 ；

计算模块，用于计算获取摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（ X1+ X2）/2。

上述方案中，所述光轴位置设定模块是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率来确定设定位置的。

上述方案中，点击点确定模块设置有圆弧变色模块，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，圆弧变色模块通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明基于摄像机镜头光轴位置图像不会发生变化，而光轴附近区域的镜头畸变较小，且畸变在光轴附近区域对称的原理，对摄像机镜头光轴进行标定，本发明无需采用额外的测量工具，只需在已有的触控显示系统上进行简单操作，并经一定算法计算即可获得镜头光轴参数，简单实用，获得的光轴参数精度高。

附图说明

图1为本发明光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法的流程图；

图2为本发明光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统的结构示意图；

图3为本发明中具体实施例中触摸屏的结构简图；

图4为本发明具体实施例中在触摸屏上绘制矫正点的效果图；

图5为本发明具体实施例中光斑位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法的流程图，所述方法具体包括如下步骤：

（S1）预先建立触摸屏幕坐标系，获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标；

（S2）全屏显示触摸屏调试绘图窗口，以摄像机镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；

（S3）假设摄像机镜头光轴在图像上对应为某一设定位置，将触摸笔沿圆弧移动，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作，触摸笔即点击绘图区域，记录点击点的屏幕坐标；

设定位置是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率确定的，用于预先估计光轴所在位置，即估计光轴在摄像头图像上的大概位置来确定一个指定值。

（S4）选取第二像素长度，以点击点的屏幕坐标为中心对称在圆弧上绘制出两个矫正基点；

（S5）将触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑，分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2 ;

（S7）计算获取摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（ X1+ X2）/2。

如图2所示，为本发明一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统的结构示意图，其包括屏幕坐标系建立模块1、绘图模块2、光轴位置设定模块3、点击点确定模块4、矫正基点横向位置获取模块5、计算模块6；

屏幕坐标系建立模块1与绘图模块2、点击点确定模块4连接，绘图模块2、光轴位置设定模块3和矫正基点横向位置获取模块5均与点击点确定模块4连接，矫正基点横向位置获取模块5和计算模块6连接。屏幕坐标系建立模块1，用于预先建立触摸屏幕坐标系；

绘图模块2，用于控制在触摸屏上全屏显示触摸屏调试绘图窗口，获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标，以摄像机镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；

光轴位置设定模块3，用于设定摄像机镜头光轴在图像上对应为某一设定位置，其是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率设定来确定设定位置的。

点击点确定模块4，当触摸笔沿圆弧移动时，点击点确定模块4用于检测触摸笔在圆弧上形成的光斑，当所述触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，记录点击点的屏幕坐标。

点击点确定模块4设置有圆弧变色模块41，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，圆弧变色模块41通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作。

绘图模块2还用于选取第二像素长度，以点击点的屏幕坐标为中心对称在圆弧上绘制出两个矫正基点；

矫正基点横向位置获取模块5，当触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑时，矫正基点横向位置获取模块5分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2 ；

计算模块6，用于计算获取摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（ X1+ X2）/2。

下面结合具体的实施例对本发明的方法加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例旨在便于对本发明的理解，对本发明不起限定作用。

如图3所示，定位摄像机101、201位于触摸屏显示区域之外的左上角和右上角，摄像机也可以位于触摸屏边框中间的某一区域，拍摄范围覆盖整个屏幕，而当有遮挡物进入触摸区域时，拍摄图像中将会出现对应的光斑。

首先，先建立触摸屏幕坐标系，以触摸屏左上角最顶点为坐标原点（0，0）点，垂直向上延伸线和垂直向右延伸线为坐标轴的正方向，将垂直向右延伸线逆时针旋转的角度定义为正方向建立触摸屏幕坐标系，并预先获取摄像机镜头焦点的屏幕坐标，标记为F点。预先从摄像机规格参数上获取到所拍摄图像的横向分辨率L=1000，以及镜头的可视角度α=100度。

然后，在触摸屏上全屏显示调试绘图窗口，以摄像机镜头焦点F点的屏幕坐标为圆心，以第一像素长度为半径绘制圆弧，第一像素长度一般可以取稍小于触摸屏纵向分辨率的像素长度；预先估计光轴在触摸屏上的大概位置，通过目测可以确定一个范围，在此范围内设定一个位置X0’作为估计光轴所在的位置，本实施例选取摄像机图像横向像素位置500为设定位置X0’；

假设摄像机镜头光轴在图像上对应为某一设定位置，用触摸笔在圆弧上滑动，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域，记录点击点的屏幕坐标，标记该点为O点；

如图4所示，以O点为中心，沿圆弧分别向两端300个像素长度绘制两个矫正基点A点和B点；将触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑，分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2 ；将两个横向位置求均值，即可获得摄像机镜头光轴在图像中的横向位置X0=（ X1+ X2）/2，如图5所示。

Claims

1.一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

全屏显示触摸调试绘图窗口，以摄像机镜头焦点为圆心、以第一像素长度为半径绘制圆弧；

将触摸笔分别置于两个矫正基点上形成触摸笔光斑，分别读取摄像机拍摄到的触摸笔光斑图像中光斑所在的横向位置X1和X2 ；

2.根据权利要求1所述的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法，其特征在于，所述设定位置是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率确定的，用于预先估计光轴所在位置。

3.根据权利要求1或2所述的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定方法，其特征在于，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域具体是：当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作，触摸笔即点击绘图区域。

4.一种光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统，其特征在于，包括：

屏幕坐标系建立模块，用于预先建立触摸屏幕坐标系；

点击点确定模块，当触摸笔沿圆弧移动时，所述点击点确定模块用于检测触摸笔在圆弧上形成的光斑，当所述触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时点击绘图区域，记录点击点的屏幕坐标；

5.根据权利要求4所述的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统，其特征在于，所述光轴位置设定模块是根据摄像机的可视角度和触摸屏的横向分辨率来确定设定位置的。

6.根据权利要求4或5所述的光学触摸系统中摄像机镜头光轴快速标定系统，其特征在于，点击点确定模块设置有圆弧变色模块，当触摸笔光斑在图像上的横向位置等于设定位置时，圆弧变色模块通过自动改变圆弧颜色来提示执行点击绘图区域操作。