CN103418132A - 光线枪指向位置确定系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种光线枪指向位置确定方法，该方法包括如下步骤：当光线枪开始射击游戏时，每隔预设时间获取光线枪上安装的摄像装置摄取的场景影像；根据预设的显示屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域；当在获取的场景影像中侦测到屏幕区域时，根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标；当该光线枪的控制器被触发时，将该计算出的坐标传送给游戏主机，以控制显示屏幕上游戏画面的显示。利用本发明可以通过深度摄影机确定光线枪在电视屏幕上的指向位置。

Description

光线枪指向位置确定系统及方法

技术领域

本发明涉及一种游戏控制装置及方法，尤其涉及一种光线枪指向位置确定系统及方法。

背景技术

射击游戏独有的特征，为玩家拿着一把可感光的光线枪，对着电视屏幕进行射击动作，电视屏幕上的游戏画面会出现十字瞄准准心及射击爆破效果。

传统的光线枪只能运用于CRT阴极射线管屏幕，由于近年来液晶电视屏幕、电浆电视屏幕逐年增加，这些新型屏幕的成像原理与传统CRT阴极射线管屏幕使用扫瞄线进行成像方式不同，所以传统倚赖接收CRT阴极射线管屏幕扫瞄线位置技术所开发的旧型光线枪，将因为无法应用于新型屏幕而逐渐被淘汰。

为解决传统光线枪无法在非CRT阴极射线管屏幕使用的问题，目前有两种主要方法，第一种方法是在电视屏幕播出影像内加入特殊色块，再以二维平面影像分析方法进行特殊色块位置辨识。第二种方法是在电视屏幕外以特殊光源装置（例如LED发射器）投射信息，通过安装在电视屏幕两旁的红外线LED灯座等特殊光源装置，及光线枪内之红外线摄影机镜头，互相感应对焦，并依此确认电视屏幕与光线枪之间的位置关系，进行光线枪指向位置的辨识作业，进而将光线枪指向位置转换为游戏画面中的坐标。

上述方式虽然可解决传统光线枪无法应用于液晶电视屏幕、电浆电视屏幕的使用限制，但第一种方法需要在电视屏幕内加入特殊色块，系统容易因电视屏幕内的游戏画面色彩干扰，导致对于特殊色块的辨识效果不佳。第二种方法需要在电视屏幕外以特殊装置（例如LED发射器）投射信息作为辨识，除因特殊装置安装位置造成光线枪指向位置辨识作业准确度不够高的问题之外，亦造成玩家在使用上的不便。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种光线枪指向位置确定系统，其可通过安装在光线枪前方的摄像装置获取光线枪前方区域的场景影像，当在该场景影像中侦测到屏幕区域时，计算出该光线枪在三维空间中的电视屏幕上的指向位置。

鉴于以上内容，还有必要提供一种光线枪指向位置确定方法，其可通过安装在光线枪前方的摄像装置获取光线枪前方区域的场景影像，当在该场景影像中侦测到屏幕区域时，计算出该光线枪在三维空间中的电视屏幕上的指向位置。

一种光线枪指向位置确定系统，该系统包括：

影像获取模块，用于光线枪开始射击游戏时，每隔预设时间获取光线枪上安装的摄像装置摄取的场景影像；

显示屏幕侦测模块，用于根据预设的显示屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域；

计算模块，用于当在获取的场景影像中侦测到屏幕区域时，根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标；及

传送模块，用于当该光线枪的控制器被触发时，将该计算出的坐标传送给游戏主机，以控制显示屏幕上游戏画面的显示。

一种光线枪指向位置确定方法，该方法包括如下步骤：

影像获取步骤，当光线枪开始射击游戏时，每隔预设时间获取光线枪上安装的摄像装置摄取的场景影像；

显示屏幕侦测步骤，根据预设的显示屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域；

计算步骤，当在获取的场景影像中侦测到屏幕区域时，根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标；及

传送步骤，当该光线枪的控制器被触发时，将该计算出的坐标传送给游戏主机，以控制显示屏幕上游戏画面的显示。

相较于现有技术，所述的光线枪指向位置确定系统及方法，其可通过安装在光线枪前方的摄像装置获取光线枪前方区域的场景影像，当在该场景影像中侦测到屏幕区域时，计算出该光线枪在三维空间中的电视屏幕上的指向位置。

本系统及方法不仅可大幅降低在电视屏幕内加入特殊色块导致的判别错误，提升光线枪瞄准位置辨识的速度与准确度，更可解决传统的光线枪瞄准位置识别需要在电视屏幕外安装特殊装置（例如LED发射器）所造成的玩家在使用上的不便。

附图说明

图1是本发明射击游戏光线枪系统的架构示意图。

图2是本发明光线枪指向位置确定系统的应用环境示意图。

图3是本发明光线枪指向位置确定系统的功能模块图。

图4是本发明光线枪指向位置确定方法较佳实施例的流程图。

图5是设置电视屏幕的三维影像模板的示意图。

图6是光线枪的摄像装置摄取的场景影像示意图。

图7是在图6中的场景影像中侦测到的屏幕区域示意图。

图8是光线枪在图7中侦测到的屏幕区域中的坐标示意图。

图9是将图8中的坐标转换成游戏画面中的坐标示意图。

图10是根据图9中确定的坐标进行游戏画面显示的示意图。

主要元件符号说明

光线枪	2
		电视屏幕	4

游戏主机	5
		摄像装置	20
控制器	22
		存储器	23
光线枪指向位置确定系统	24
		处理器	25
选择区域	40
		三维模板建立模块	201
影像获取模块	202
		显示屏幕侦测模块	203
计算模块	204
		传送模块	205

如下具体实施方式将结合上述附图说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明射击游戏光线枪系统的架构示意图。在本实施例中，光线枪2通过有线或无线方式与游戏主机5连接，该游戏主机5进一步与电视屏幕4连接（可以为有线方式或无线方式）。其中，该光线枪2的前方安装有摄像装置，用于当光线枪2对电视屏幕4上的游戏画面进行射击时，获取该电视屏幕4的影像。

如图2所示，是本发明光线枪指向位置确定系统的应用环境示意图。在本实施例中，该光线枪指向位置确定系统24运行于光线枪2中。所述光线枪2还包括通过信号线和数据线相连的摄像装置20、控制器22（如扳机）、存储器23和处理器25。操作人员可以通过控制器22启动或停止光线枪2的射击动作。

在本实施例中，所述摄像装置20用于获取光线枪2前方区域的场景影像，并将获取的场景影像存储至存储器23中。光线枪指向位置确定系统24在该获取的场景影像中侦测屏幕区域，当侦测到屏幕区域时，计算出该光线枪2在三维空间中的电视屏幕4上的指向位置，将该光线枪2在电视屏幕4上的指向位置传送给游戏主机5，以控制电视屏幕4上的游戏画面的显示。

在本实施例中，该摄像装置20为一种具备景深识别功能的深度摄影机（Depth-sensing Camera），如时间飞行（Time of Flight，TOF）摄像装置。该摄像装置20用于摄取监控场景范围内的场景影像，以及获取场景影像中被摄物体的景深信息。所述被摄物体的景深信息是指被摄物体各点与摄像装置20的镜头的距离信息。由于TOF摄像装置在拍摄目标物时，将发射一定波长的信号，当信号遇到目标物时即会反射至TOF摄像装置的镜头，根据信号发射与接收之间的时间差即可计算出目标物上各点与TOF摄像装置镜头之间的距离信息，因此所述摄像装置20可得到场景影像中被摄物体各点与摄像装置20的镜头之间的距离信息。

所述存储器23用于储存摄像装置20预先建立的该电视屏幕4的三维影像模板。

在本实施例中，所述光线枪指向位置确定系统24可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块被存储在所述存储器23中并被配置成由一个或多个处理器（如图2中的处理器25）执行，以完成本发明。例如，参阅图3所示，所述光线枪指向位置确定系统24被分割成三维模板建立模块201、影像获取模块202、显示屏幕侦测模块203、计算模块204和传送模块205。本发明所称的模块是完成一特定功能的程序段，比程序更适合于描述软件在处理器25中的执行过程，关于各模块的功能将在图4的流程图中具体描述。

在开始图4流程图之前，三维模板建立模块201根据该电视屏幕4的三维影像中各点与摄像装置20的镜头之间的距离信息建立该电视屏幕4的三维影像模板，储存电视屏幕4三维轮廓上各特征点的像素值的容许范围，具体介绍如下：

（1）玩家进入光线枪指向位置确定系统24（以下简称为“本系统”），选择建立电视屏幕4的三维影像模板。

（2）光线枪2前方的摄像装置20摄取前方场景的场景影像（即三维立体影像）。

（3）此时，电视屏幕4上将显示一个预设区域，如宽为320，高为240（参阅图5中虚线所示的区域）。其中，该摄像装置20摄取的场景影像中的电视屏幕中心点位置与该预设区域的中心点位置重合，使本系统能够取得更准确、完整的电视屏幕4的影像画面，并准确地识别该电视屏幕4的成像比例（如4:3、16:9等比例）。

玩家可调整光线枪2的指向位置，使得光线枪2的摄像装置20摄取的电视屏幕4的影像能够位于该预设区域内，并且电视屏幕4的影像需占该预设区域一预设比例（如95%）以上，以利本系统可取得最佳大小的电视屏幕影像。

（4）玩家将光线枪2的位置调整完成后，即可按下光线枪2的控制器22（如扳机），摄像装置20摄取电视屏幕4的三维影像。

（5）三维模板建立模块201分析该预设区域的三维影像，得到该预设区域内的电视屏幕4至摄像装置20镜头的距离，并将该距离储存至该电视屏幕4的三维影像模板中（以下称为“电视屏幕模板”），并将该电视屏幕模板存储至存储器23。在本实施例中，该电视屏幕4至摄像装置20镜头的距离是指该预设区域中的一个特征点（如中心点）到该摄像装置20镜头的距离。

如图4所示，是本发明光线枪指向位置确定方法的较佳实施例的流程图。

步骤S10，当操作人员开启光线枪2开始射击游戏时，影像获取模块202每隔预设时间（如0.5秒），获取光线枪2上安装的摄像装置20摄取的场景影像（参阅图6所示）。

步骤S11，显示屏幕侦测模块203根据预设的电视屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域。

具体而言，显示屏幕侦测模块203从存储器23中获取该预设的电视屏幕模板，并从该电视屏幕模板中获取该电视屏幕4至摄像装置20镜头的距离（以下称为“预设距离”）、该电视屏幕4的宽高比（以下称为“预设比例”）、该电视屏幕4的大小（以下称为“预设大小”）。

如果该场景影像中存在某一选择区域满足以下条件：该选择区域中的预设数目的像素点（如90%的像素点）到该摄像装置20镜头的距离等于该预设距离，该选择区域的宽高比等于该预设比例（如4:3），且该选择区域的大小等于该预设大小，则所述显示屏幕侦测模块203判定该选择区域为屏幕区域，该侦测到的屏幕区域视为该场景影像中的电视屏幕。参阅图7所示，十字处为光线枪2的瞄准点（即整个三维影像的中心点），选择区域40代表侦测到的屏幕区域（以下称为“侦测到的屏幕区域40”）。若该场景影像中没有任何区域满足上述条件，则所述显示屏幕侦测模块203判定当前场景影像中没有侦测到屏幕区域。

在其他实施例中，所述电视屏幕的侦测方法还可以是，如果该场景影像中存在某一选择区域满足以下条件：该选择区域中的预设数目的像素点到该摄像装置20镜头的距离与该预设距离的误差在第一预设范围内，该选择区域的宽高比与该预设比例的误差在第二预设范围内，且该选择区域的大小与该预设大小的误差在第二预设范围内，则所述显示屏幕侦测模块203判定该选择区域为屏幕区域。其中，所述第一预设范围、第二预设范围及第三预设范围可以相同，如全都为正负5%，也可以不同。

需要指出的是，本发明所用电视屏幕侦测方法并不限于上述举例方法，本领域技术人员也可以搭配其它具备相同功能的电视屏幕判别技术。

步骤S12，显示屏幕侦测模块203判断是否在获取的场景影像中侦测到屏幕区域。如果在获取的场景影像中侦测到屏幕区域，则执行步骤S13。如果没有在获取的场景影像中侦测到屏幕区域，则返回步骤S10。

步骤S13，计算模块204根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪2的瞄准点在三维空间中的电视屏幕4上的坐标（即游戏画面中的坐标）。在本实施例中，该计算出的坐标可以暂时保存于存储器23中，每次有新计算出的坐标产生时，就将该新坐标替换掉存储器23中暂存的坐标。

具体而言，计算模块204以侦测到的屏幕区域40的预设位置（如左下方）为原点建立坐标系，获取光线枪2的瞄准点在该侦测到的屏幕区域40中的坐标。本实施例中，该光线枪2的瞄准点为该获取的场景影像的中心点。参阅图8所示，假设侦测到的屏幕区域40的大小为100*50，将该光线枪2的瞄准点所在位置与所建坐标系的原点位置进行比对，可以确定该光线枪2的瞄准点在该侦测到的屏幕区域40中的坐标为（30，20）。

然后，计算模块204根据该侦测到的屏幕区域40的大小与电视屏幕4的实际大小之间的比例关系，确定该光线枪2的瞄准点在三维空间中的电视屏幕4上的坐标。参阅图9所示，假设三维空间中的电视屏幕4的实际大小为1000*500，即上述比例关系为1:10，则根据该比例关系可以确定该光线枪2的瞄准点在电视屏幕4上的坐标为（300，200）。

步骤S 14，当该光线枪2的控制器22被触发时（如用户扣动光线枪2的扳机时），传送模块205将该光线枪2的瞄准点在电视屏幕4上的坐标传送给游戏主机5。游戏主机5根据该光线枪2的瞄准点在电视屏幕4上的坐标，控制游戏画面的显示，如显示射击爆破效果等，参阅图10所示。

本实施例是以电视屏幕4为例进行说明的。可以理解，在其他实施例中，该方法也可以应用于其其他形式的显示屏幕，如电脑的显示屏幕等。

在其他实施例中，本系统还可以应用于游戏主机5中，这种情况下，光线枪2将摄取的三维场景影像传送给游戏主机5，游戏主机5在该三维场景影像中侦测屏幕区域，当侦测到屏幕区域时，计算出该光线枪2在三维空间中的电视屏幕4上的指向位置，并根据该光线枪2的指向位置控制电视屏幕4上的游戏画面的显示。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光线枪指向位置确定系统，其特征在于，该系统包括：

影像获取模块，用于光线枪开始射击游戏时，每隔预设时间获取光线枪上安装的摄像装置摄取的场景影像；

显示屏幕侦测模块，用于根据预设的显示屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域；

计算模块，用于当在获取的场景影像中侦测到屏幕区域时，根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标；及

传送模块，用于当该光线枪的控制器被触发时，将该计算出的坐标传送给游戏主机，以控制显示屏幕上游戏画面的显示。

2.如权利要求1所述的光线枪指向位置确定系统，其特征在于，该系统还包括：

三维模板建立模块，用于根据该显示屏幕中预设的特征点与摄像装置的镜头之间的距离信息建立显示屏幕模板，并将该显示屏幕模板保存于光线枪的存储器中。

3.如权利要求2所述的光线枪指向位置确定系统，其特征在于，所述显示屏幕侦测模块在获取的场景影像中侦测屏幕区域包括：

从该光线枪存储器中获取该预设的显示屏幕模板，并从该显示屏幕模板中获取该显示屏幕至摄像装置镜头的预设距离、该显示屏幕的预设宽高比、该显示屏幕的预设大小；

如果该场景影像中存在某一选择区域满足：该选择区域中的预设数目的像素点到该摄像装置镜头的距离等于该预设距离，该选择区域的宽高比等于该预设宽高比，且该选择区域的大小等于该预设大小，则判定该选择区域为屏幕区域。

4.如权利要求2所述的光线枪指向位置确定系统，其特征在于，所述显示屏幕侦测模块在获取的场景影像中侦测屏幕区域包括：

从该光线枪存储器中获取该预设的显示屏幕模板，并从该显示屏幕模板中获取该显示屏幕至摄像装置镜头的预设距离、该显示屏幕的预设宽高比、该显示屏幕的预设大小；

如果该场景影像中存在某一选择区域满足：该选择区域中的预设数目的像素点到该摄像装置镜头的距离与该预设距离的误差在第一预设范围内，该选择区域的宽高比与该预设宽高比的误差在第二预设范围内，且该选择区域的大小与该预设大小的误差在第三预设范围内，则判定该选择区域为屏幕区域。

5.如权利要求1所述的光线枪指向位置确定系统，其特征在于，所述计算模块计算光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标包括：

以该侦测到的屏幕区域的预设位置为原点建立坐标系，获取光线枪的瞄准点在该侦测到的屏幕区域中的坐标，该光线枪的瞄准点为该获取的场景影像的中心点；

根据该侦测到的屏幕区域的大小与三维空间中显示屏幕的实际大小之间的比例关系，确定该光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标。

6.一种光线枪指向位置确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

影像获取步骤，当光线枪开始射击游戏时，每隔预设时间获取光线枪上安装的摄像装置摄取的场景影像；

显示屏幕侦测步骤，根据预设的显示屏幕模板，在获取的场景影像中侦测屏幕区域；

计算步骤，当在获取的场景影像中侦测到屏幕区域时，根据该获取的场景影像的中心点及该侦测到的屏幕区域的大小，计算出光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标；及

传送步骤，当该光线枪的控制器被触发时，将该计算出的坐标传送给游戏主机，以控制显示屏幕上游戏画面的显示。

7.如权利要求6所述的光线枪指向位置确定方法，其特征在于，该方法还包括：

三维模板建立步骤，根据该显示屏幕中预设的特征点与摄像装置的镜头之间的距离信息建立显示屏幕模板，并将该显示屏幕模板保存于光线枪的存储器中。

8.如权利要求7所述的光线枪指向位置确定方法，其特征在于，所述显示屏幕侦测步骤包括：

从该光线枪存储器中获取该预设的显示屏幕模板，并从该显示屏幕模板中获取该显示屏幕至摄像装置镜头的预设距离、该显示屏幕的预设宽高比、该显示屏幕的预设大小；

如果该场景影像中存在某一选择区域满足：该选择区域中的预设数目的像素点到该摄像装置镜头的距离等于该预设距离，该选择区域的宽高比等于该预设宽高比，且该选择区域的大小等于该预设大小，则判定该选择区域为屏幕区域。

9.如权利要求7所述的光线枪指向位置确定方法，其特征在于，所述显示屏幕侦测步骤包括：

从该光线枪存储器中获取该预设的显示屏幕模板，并从该显示屏幕模板中获取该显示屏幕至摄像装置镜头的预设距离、该显示屏幕的预设宽高比、该显示屏幕的预设大小；

如果该场景影像中存在某一选择区域满足：该选择区域中的预设数目的像素点到该摄像装置镜头的距离与该预设距离的误差在第一预设范围内，该选择区域的宽高比与该预设宽高比的误差在第二预设范围内，且该选择区域的大小与该预设大小的误差在第三预设范围内，则判定该选择区域为屏幕区域。

10.如权利要求6所述的光线枪指向位置确定方法，其特征在于，所述计算步骤包括：

以该侦测到的屏幕区域的预设位置为原点建立坐标系，获取光线枪的瞄准点在该侦测到的屏幕区域中的坐标，该光线枪的瞄准点为该获取的场景影像的中心点；

根据该侦测到的屏幕区域的大小与三维空间中显示屏幕的实际大小之间的比例关系，确定该光线枪的瞄准点在三维空间中的显示屏幕上的坐标。

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