CN105078404B - 基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪及其使用方法。所述定标仪器包括外壳、摄像头、激光投射器、角度传感器、USB接口、网口、主板、接口板；采用激光投射器发出的激光进行定位，利用所述摄像头选取幕布的激光点，通过所述角度传感器传输被定标物的角度数据并对所述被定标物的角度进行校正，使用软件算法计算出定标数据：定标仪距离幕布的距离、幕布的大小。完全采用电子产品，具有精密的算法，可靠的装置，无需人工干预，省时省力，并且能够得到精确的定标数据。

Description

基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及眼动追踪测距定标领域，特别涉及一种全自动眼动追踪测距定标仪及其使用方法。

背景技术

通常，近几年随着技术的大力发展，利用各种手段来研究人们的使用或者行为习惯显得必不可少，包括某种行为对人的认知心理变化之类；尤其是现在的互联网发展的飞快，许多网站也在研究人们的兴趣点在哪里，从而根据人们的兴趣点来有针对性的做一些实用性布局，眼动仪这个设备就派上了用场。但现在的眼动仪的校准方面都是靠人工的测量，包括被试者离眼动仪的距离，眼动仪与投影幕布的距离，还有就是眼动仪的角度；这些指标人工测量会耗时很大，而且得到的数据并不准确，尤其是角度的数值。

现有的定标技术只是人工测量，虽然这样可以实现定标的目的，但是需要人工测量眼动仪与幕布的距离，人工测量幕布的大小，人工测量眼动设备的角度等，而且，人工测量要用到卷尺、直尺、水平仪和角度仪等设备，测量起来很是繁琐，并且需要大量的时间和投入，最大的问题是由误差，每个人的测量结果都是不一样的。由于很多科研机构需要节省时间，人工测量的缺点显而易见。

因此，需要一种能有效地进行眼动追踪测距定标的装置及其使用方法，解决上述问题以及其他需要进行眼动追踪测距定标的情况所面临的类似问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的全自动眼动追踪测距定标仪，有着精密的算法，完全不用人工干预就可以实现自动定标。这套定标仪采用了激光投射幕布定位的方法，软件算出激光点相对幕布的相对坐标，根据预先设定好的激光点与幕布边缘的占用比，算出幕布的大小。本发明的角度是通过角度传感器算出。

因此，本发明提供了一种基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪，其特征在于，所述定标仪包括：

外壳；

处于所述外壳的内部的、对各部件的进行控制的主板，所述控制优选通过主板上的模块实现；

设置在所述外壳上的摄像头，用于获取图像；

用于发出激光进行定位的激光投射器，所述激光投射器设置在所述外壳上；

用于测量被定标物的角度的角度传感器，所述角度传感器在外壳之外；

其中，所述定标仪采用激光投射器发出的激光进行定位，利用所述摄像头选取幕布的激光点，通过所述角度传感器传输所述被定标物的角度数据，所述主板包括距离计算模块和幕布大小模块用于算法计算：定标仪距离幕布的距离、幕布的大小。

在一个优选的实施方案中，所述主板包括角度校正模块、圆心坐标模块、图像处理模块、圆心模块和校正模块中的一个模块或多个模块的组合。上述模块优选实施方式见下文的描述。

在一个优选的实施方案中，所述主板包括角度校正模块：根据所述被定标物的角度数据，对所述被定标物的角度进行校正。

在一个优选的实施方案中，所述主板包括距离计算模块：已知激光的实际水平距离d，激光灯上下光束的夹角为Φ，焦距为f，定标仪与幕布的距离为：(d+f)*cotΦ。例如，所述激光投射器数量为4个，两两布置在所述摄像头的两侧。

在一个优选的实施方案中，所述摄像头数量为1个。

在一个优选的实施方案中，所述激光投射器3的数量有多个例如2-10个，优选分布在所述工业摄像头周围。

在一个优选的实施方案中，所述激光投射器数量为4个，两两布置在所述摄像头的两侧。

在一个优选的实施方案中，所述摄像头和所述激光投射器的在所述外壳的同一个面上。

在一个优选的实施方案中，所述的角度传感器使用芯片ADXL345或者是MPU6000、MPU9250来实现角度的倾角的计算。

在一个优选的实施方案中，U1为电路的主芯片，并且/或者U1为通讯芯片。

在一个优选的实施方案中，所述的角度传感器使用的芯片为ADXL345，直接输出数字信号。

在一个优选的实施方案中，本发明的定标仪还包括接口板，所述接口板与主板连接。

在一个优选的实施方案中，发明的定标仪还包括USB接口线，所述USB接口线通过所述接口板与所述主板连接，并通过外壳的开口露出外壳表面。在一个优选的实施方案中，所述USB接口线包括至少一个摄像头USB接口和一个激光灯USB控制接口。

在一个优选的实施方案中，发明的定标仪还包括网口，所述网口通过所述接口板与所述主板连接，并通过外壳的开口露出外壳表面，所述网口通过网线连接角度传感器。

在一个优选的实施方案中，所述被定标物是眼动仪。

本发明还提供了一种利用本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪对被定标物进行定标的方法，包括：

1)安装所述定标仪；

2)将所述定标仪前端的激光投射器对准幕布，开启激光灯并投射于幕布上；

3)通过软件启动摄像头摄取激光投影在幕布上的图片；

4)根据相对坐标的算法算出定标仪与幕布的距离和幕布的大小尺寸；

5)将角度传感器和所述被定标物连接在一块，所述角度传感器根据角度的变化实时传送所述被定标物的角度数据。

在一个优选的实施方案中，根据所述被定标物的角度数据，对所述被定标物的角度进行校正。优选地，所述角度校正通过主板上的角度校正模块进行。

在一个实施方案中，摄像头摄取的激光投影在幕布上的圆的圆心坐标按如下公式进行确定：

其中f(x,y)是大小为M*N的连通区域。优选地，所述圆心坐标通过主板上的圆心坐标模块进行。

在一个实施方案中，摄像头摄取激光投影在幕布上的图片通过定标仪系统获取无激光点的原始图像作为背景图像A，在同等环境下定标系统在幕布上四个激光点的原始图像(后称激光图像)B，四个激光点可知道其顺序，在同等环境下定标系统获取屏幕上的点形成的原始图像C(例如，屏幕上水平两点的占幕布宽的n％，例如n＝90，垂直两点的占幕布高的m％，例如m＝90)。

在一个实施方案中，图像摄取步骤后进行背景减除步骤，背景在本系统中为噪声干扰且在B、C中，背景图像都是固定的图像A，使用激光图像减去背景图像，剩下的大致就是目标图像I，使用屏幕点图像减去背景图像，剩下的大致就是目标图像J：

I＝B-A；

J＝C-A。

在一个实施方案中，图像摄取步骤后(优选背景减除步骤后)是图像处理步骤，首先将图像转换为灰度图像，然后对图像进行平滑滤波，滤波后将图像转换为二值图像；系统在转换为二值图像中，依据背景部分与目标图像在灰度直方图中显现出来的二峰性，确定二值图像的阈值。优选地，所述图像处理通过主板上的图像处理模块进行。

在一个优选的实施方案中，所述激光投影在幕布的上点通过以下方式确定其圆心：为了得到准确的4个点的圆心，采用对二值图像中不同的连通区域进行不同的编号，并以此来区分不同的连通域，设标签序号a＝0；已贴标签的个数为b＝0；然后对二值图像进行从上到下，从左到右进行判断，判断灰度值是否为1，并判断其是否与已经贴过标签的属于同一个连通域，如果是，贴为相同的标签，如果不是，贴一个新的标签，标签序号a＝a+1；已贴标签的个数b＝b+1；如果在同一个连通区域里有两个标签值，将大的标签值改为小的标签值，标签序个数b＝b-1；待标记结束后，判断是否满足a＝b，如果不满足，表明已贴的标签不是连续标号，这时候需要进行一个映射编码。将所有的不连续编号的标签校正为连续编号，完成整个标记完成。标记完成后，计算每个连通域的面积，将面积从大到小进行排序，将排在第5位以后(不包括第五位)的连通域里灰度值定义为0，即删除了目标中非标圆对激光点圆心的影响。

计算每个标定的圆的圆心坐标，圆心坐标计算公式如下：

其中f(x,y)是大小为M*N的连通区域，

在该实施方案中，设四个激光点的坐标分别为I1(x1,y1)、I2(x2,y2)、I3(x3,y3)、I4(x4,y4)；设四个幕布的坐标分别为J1(x1,y1)、J2(x2,y2)、J3(x3,y3)、J4(x4,y4)。优选地，所述圆心通过主板上的圆心模块进行。

在一个实施方案中，对图像B，C图像进行校正，在理想激光投影中，投影出的四个激光点为一个正方形，坐标点对应关系为：假设坐标为分别为(0,0),(1,0),(1,1),(0,1),对应四个激光点坐标I1(x1,y1)、I2(x2,y2)、I3(x3,y3)、I4(x4,y4)。

根据公式变换得到

a₁₃＝x1

a₁₁+a₁₃-a₃₁*x2＝x2

a₁₁+a₁₂+a₁₃-a₃₁*x3-a₃₂*x3＝x3

a₁₂+a₁₃-a₃₂*x4＝x4

a₂₃＝y1

a₂₁+a₂₃-a₃₁*y2＝y2

a₂₁+a₂₂+a₂₃-a₃₁*y3-a₃₂*y3＝y3

a₂₂+a₂₃-a₃₂*y4＝y4

然后定义几个辅助变量

Δx2＝x2-x3Δx3＝x4-x3Δx4＝x1-x2+x3-x4

Δy2＝y2-y3Δy3＝y4-y3Δy4＝y1-y2+y3-y4

解得

a₁₁＝x2-x1+a₂₁*x2

a₁₂＝x4-x1+a₂₁*x3

a₁₃＝x1

a₂₁＝y2-y1+a₃₁*y2

a₂₂＝y4-y1+a₃₂*y3

a₂₃＝y1

根据求得到的3*3矩阵已知图片上幕布点为J1(x1，y1)、J2(x2，y2)、J3(x3，y3)、J4(x4，y4)，根据逆变换求得幕布纠正后的坐标点为K1(xk1，yk1)，K2(xk2，yk2)，K3(xk3，yk3)，K4(xk4，yk4)。优选地，所述校正通过主板上的校正模块进行。

在一个优选的实施方案中，所述激光投射器的开闭和对所述被定标物的角度进行的校正由软件控制。优选地，所述软件通过主板上的模块实现。

在一个优选的实施方案中，传递数据采用无线方式，或者采用USB2.0或USB3.0通用传输协议。

在一个优选的实施方案中，已知激光的实际水平距离d，激光灯上下光束的夹角为Φ，焦距为f，定标仪与幕布的距离为：(d+f)*cotΦ。例如，所述激光投射器数量为4个，两两布置在所述摄像头的两侧。优选地，所述距离通过主板上的距离计算模块进行。

在一个优选的实施方案中，已知激光的实际水平距离d，如果矫正则矫正后的图片的距离为1表示实际距离d，设四个激光点的坐标分别为I1(x1,y1)、I2(x2,y2)、I3(x3,y3)、I4(x4,y4)，屏幕上水平两点的占幕布宽的n％，垂直两点的占幕布高的m％，

幕布图片水平两点的距离distanceH_screen，以及幕布的宽Width_screen

幕布图片垂直两点的距离distanceV_screen，以及幕布的Height_screen，

这里，屏幕上水平两点的占幕布宽的n％，垂直两点的占幕布高的m％，n＝1-99，优选50-95，m＝1-99，优选50-95。其中，n＝90，m＝90能够达到比较理解的效果。优选地，所述幕布大小通过主板上的幕布大小模块进行。

在一个优选的实施方案中，所述被定标物是眼动仪。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

本发明的定标仪的有益效果至少在于：

1.完全采用电子产品，具有精密的算法，可靠的装置，通过激光定位、摄像头取景、精密角度传感器的数据输出，依靠软件接收这些数据并分析，通过计算会得出一系列的被定标物所需要的数据。

2.无需人工干预，省时省力，并且能够得到精确的定标数据。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪的结构示意图。图a为定标仪结构示意图；图b为主板结构示意图。

图2示出了本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪实例的实物图，图a为正面视图，其中1、2、3和4为激光投射灯，5为摄像头；图b为侧面视图，其中1为角度传感器。

图3示出了角度传感器实例的原理图，采用ADXL345或者是MPU6000、MPU9250来实现角度的倾角的计算，P2接口是连接到主板的主芯片，对数据进行处理，从而得到角度数据。

图4示出了基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪的主板实例的电路图，U1为电路的主芯片，处理测得的数据，U1为通讯芯片，通过此芯片可以和电脑建立通讯，实时数据传输，优选实时将测得的数据给被定标物。插针接口是四个激光投射灯和角度传感器的接口。

图5示出了接口板实例，用于连接主板上的传感器和通讯。P4和P6为电源的输入，可以选择电源的类型，有USB供电方式和DC供电方式。

图6示出了利用本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪对被定标物进行定标的方法实例的流程图。

图7示出了图6所示方法对眼动仪进行定标的自动化实现。

图8a和图8b示出了幕布大小计算方法的示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1a和图1b示意性示出了本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪用于对眼动仪进行定标的结构示意图。

如图1a所示，本发明的定标仪100包括外壳101，表面具有若干开口109，外壳101处于眼动仪110的下方，用于支撑眼动仪；工业摄像头102，工业摄像头102设置在外壳上；激光投射器103，激光投射器设置在外壳上；角度传感器104，角度传感器104处于眼动仪的下方，用于测量眼动仪的角度；主板105，如图1b所示，主板处于所述外壳的内部，通过软件控制实现对各部件的控制；接口板106，接口板与主板连接；USB接口线107，USB接口线通过接口板与主板连接，并通过外壳的开口109a露出外壳表面；网口108，网口通过接口板与主板连接，并通过外壳的开口109b露出外壳表面，并且网口通过网线连接角度传感器。

在本发明的定标仪采用激光投射器103发出的激光进行定位，利用工业摄像头102选取幕布的激光点，通过角度传感器104传输眼动仪110的角度数据，使用软件算法计算出定标数据。

工业摄像头102优选的应对准幕布，激光投射器103和工业摄像头102处于一个表面上，并分布在工业摄像头的两侧。

优选的，所述工业摄像头102数量为1个。

优选的，所述激光投射器103的数量有多个例如2-10个，优选分布在所述工业摄像头周围。

优选的，所述激光投射器103数量为4个，两两布置在所述工业摄像头的两侧。

本发明的定标仪的主板105采用的电路主要包括U1，U1为通讯芯片，用于处理测得的数据。通过U1芯片可以和电脑建立通讯，实现数据传输，优选将实时测得的数据传递至眼动仪设备。

所述定标仪的主板105还包括插针接口，具体包括四个激光投射器，分别为第一激光投射器接口111a、第二激光投射器接口111b、第三激光投射器接口111c和第四激光投射器接口111d；还包括角度传感器的接口112。具体如图1b所示。

优选的，传递数据采用无线方式，或者采用USB2.0或USB3.0通用传输协议，无需用户自己定义协议，方便易用。

本发明的定标仪的角度传感器104还包括P2接口，所述P2接口用于连接所述角度传感器和所述主板的主芯片，主芯片通过对所述角度传感器得到的数据(例如16位进制数据)进行处理。从而得到角度数据。

优选的，所述角度传感器104使用的芯片是ADXL345，此芯片直接输出数字信号，16位数据，得到16位的16进制数后通过转换来合成角度数据。可选的，角度传感器还可以采用MPU9250来实现角度的倾角计算。

优选的，在校准眼动仪110的过程中，眼动仪110可以上下调整，角度传感器104的数值也会相应的变化。

本发明的接口板106用于连接主板105上的传感器和通讯。包括摄像头USB接口线107a和激光灯USB接口线107b。接口板还包括电源输入端112，用于连接电源供给定标仪设备电源。

优选的，所述USB接口线107包括至少一个摄像头USB接口107a和一个激光灯USB控制接口107b。如图1b所示。

优选的，摄像头USB接口线107a用于连接电脑，采集的图像同步到电脑中；激光灯USB接口线107b，插入USB连接线，用于控制定标仪的激光灯。上述的硬件操作均通过电脑软件来控制。

优选的，所述供电方式包括USB供电方式和DC供电方式。

在本发明的定标方法的另一个实施例中，本发明的定标方法还可以利用近似激光灯的装置和摄像头的搭配来完成。

图6示出了利用本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪对被定标物进行定标的方法实例的流程图。

如图6所示，本发明的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪的测量步骤流程图，包括：

在步骤205，安装所述定标仪；

在步骤210，将所述定标仪前端的激光投射器对准幕布，开启激光灯并投射与幕布上；

在步骤215，通过软件启动工业摄像头摄取激光投影在幕布上的图片；

在步骤220，根据相对坐标的算法算出幕布的大小尺寸(下文实施例中将具体阐述幕布大小尺寸的计算方法)；

在步骤225，保存步骤220中计算出的数据；

在步骤230，所述角度传感器根据角度的变化实时传送角度数据；在被定标物校准的过程中，角度传感器会根据角度的变化实时传送角度数据，直到被定标物校准完毕。

图8a和图8b示出了一个幕布大小计算方法实例的示意图。

通过定标仪系统获取无激光点的原始图像作为背景图像A，在同等环境下定标系统在幕布上四个激光点的原始图像(后称激光图像)B，四个激光点可知道其顺序，在同等环境下定标系统获取屏幕上的点形成的原始图像C(屏幕上水平两点的占幕布宽的90％，垂直两点的占幕布高的90％)。

接下来，进行背景减除，在本系统中，我们只对四个激光点和幕布上的点感兴趣，背景在本系统中为噪声干扰且在B、C中，背景图像都是固定的图像A,使用激光图像减去背景图像，剩下的大致就是目标图像I，使用屏幕点图像减去背景图像，剩下的大致就是目标图像J。

I＝B-A；

J＝C-A。

下一步，进行图像处理，在图像形成、传输、接收和处理过程中，不可避免的存在外部干扰和内部干扰。这些随机干扰使得图像信号质量下降，本系统采用图像滤波和线性灰度变换来改善图像的质量。首先将图像I、J转换为灰度图像，然后对图像进行平滑滤波，滤波后将图像转换为二值图像。系统在转换为二值图像中，依据背景部分与目标图像在灰度直方图中显现出来的二峰性，确定二值图像的阈值。

为了得到准确的4个点的圆心处理，需要去掉目标中非标志圆，然后在计算标志圆的质心。本系统采用对二值图像中不同的连通区域进行不同的编号，并以此来区分不同的连通域，本系统采用8连通进行标记。

设标签序号a＝0；已贴标签的个数为b＝0；然后对二值图像进行从上到下，从左到右进行判断，判断灰度值是否为1，并判断其是否与已经贴过标签的属于同一个连通域，如果是，贴为相同的标签，如果不是，贴一个新的标签，标签序号a＝a+1；已贴标签的个数b＝b+1；如果在同一个连通区域里有两个标签值，将大的标签值改为小的标签值，标签序个数b＝b-1；待标记结束后，判断是否满足a＝b，如果不满足，表明已贴的标签不是连续标号，这时候需要进行一个映射编码。将所有的不连续编号的标签校正为连续编号，完成整个标记完成。

标记完成后，计算每个连通域的面积，将面积从大到小进行排序，将排在第5位以后(不包括第五位)的连通域里灰度值定义为0，即删除了目标中非标圆对激光点圆心的影响。

计算每个标定的圆的圆心坐标，圆心坐标计算公式如下：

其中f(x,y)是大小为M*N的连通区域，

设四个激光点的坐标分别为I1(x1,y1)、I2(x2,y2)、I3(x3,y3)、I4(x4,y4)；

设四个幕布的坐标分别为J1(x1,y1)、J2(x2,y2)、J3(x3,y3)、J4(x4,y4)。

接下来，建立非线性摄像机数学模型，针孔摄像机模型如图8a所示，通过此模型得到的图像是倒立的，我们交换一下针孔平面和图像平面，得到的图像将不再是倒立的，定标仪系统中存在着多个坐标系，如世界坐标系，摄像机坐标系，图像坐标系；在计算中取相机的光学中心为摄像机坐标系的原点，以实际的上方为Y轴，通过光学中心指向实物的一方为Z轴的正方向，根据x，y，z成右手关系确定X轴正方向。

如图8b所示，对于每一幅摄像机得到的特定物体的图像，我么可以在摄像机坐标上用旋转和平移来物体单的图像。

从世界坐标系(x_w，y_w，z_w)到摄像机坐标系(x，y，z)的变换为：

(其中表示线性变化，比如缩放，旋转和平移变量)。

其中运用的光学原理：

(其中f为焦距，Z_w为摄像机到物体的距离，X为图像平面上物体的图像，x_w为实际物体的大小)

根据光学原理，摄像机坐标系(x，y，z)到图像平面坐标系的理想变化为：

实际上，芯片的中心不在光轴上，存在水平偏差c_x，垂直偏差c_y，水平焦距f_x，垂直焦距f_y。则实际中摄像机坐标系到图像平面坐标系的变换为：

由于摄像机制造工艺偏差，以及入射光线在通过各个透镜时的折射误差和CCD点阵位置误差等，实际的光学系统存在着非线性几何失真，从而使目标像点与理论像点之间存在着多种几何畸变。

几何畸变有多种类型的畸变，不过都没有径向和切向畸变显著，下面主要讨论径向畸变和切向畸变对图像的影响：

径向畸变主要由镜头形状缺陷造成，数学模型为：

其中r²＝x²+y²，k1，k2，k3…为径向畸变系数。

切向畸变，这种畸变是由于透镜制造上的缺陷使得透镜本身与图像平面不平行造成的。

切向畸变的数学模型为：

薄棱镜畸变是由镜头设计和制造缺陷等误差造成的，比如镜头与摄像机像面之间有很小的倾角等。这类畸变就相当于是在光学系统中附加了一个薄棱镜，所以它不仅会引起径向偏差，而且还会引起切向误差。薄棱镜畸变的数学模型为：

综合以上的几何畸变的影响，畸变后图像点的坐标后的归一化坐标点Pd(Xd，Yd)

其中x，y为图像摄像机坐标系投影到图像平面的点坐标。

理想图像物理坐标系到图像素坐标系的变换关系为：

其中(u,v)是计算机图像的实际主点坐标，dx，dy分别为图像x，y方向上单位像素的尺寸大小。

综上，非线性摄像机模型为：

假设M1M2相乘得到的结果是一个3*3的矩阵：

变换矩阵为：

逆变换为：

变化公式重写为：

接下来对图像B，C图像进行校正，在理想激光投影中，投影出的四个激光点为一个正方形，坐标点对应关系为：假设坐标为分别为(0，0)，(1，0)，(1，1)，(0，1)，对应四个激光点坐标I1(x1，y1)、I2(x2，y2)、I3(x3，y3)、I4(x4，y4)。

根据公式变换得到

a₁₃＝x1

a₁₁+a₁₃-a₃₁*x2＝x2

a₁₁+a₁₂+a₁₃-a₃₁*x3-a₃₂*x3＝x3

a₁₂+a₁₃-a₃₂*x4＝x4

a₂₃＝y1

a₂₁+a₂₃-a₃₁*y2＝y2

a₂₁+a₂₂+a₂₃-a₃₁*y3-a₃₂*y3＝y3

a₂₂+a₂₃-a₃₂*y4＝y4

然后定义几个辅助变量

Δx2＝x2-x3 Δx3＝x4-x3 Δx4＝x1-x2+x3-x4

Δy2＝y2-y3 Δy3＝y4-y3 Δy4＝y1-y2+y3-y4

解得

a₁₁＝x2-x1+a₂₁*x2

a₁₂＝x4-x1+a₂₁*x3

a₁₃＝x1

a₂₁＝y2-y1+a₃₁*y2

a₂₂＝y4-y1+a₃₂*y3

a₂₃＝y1

根据求得到的3*3矩阵已知图片上幕布点为J1(x1，y1)、J2(x2，y2)、J3(x3，y3)、J4(x4，y4)，根据逆变换求得幕布纠正后的坐标点为K1(xk1，yk1)，K2(xk2，yk2)，K3(xk3，yk3)，K4(xk4，yk4)。

最终求解幕布的大小和定标仪距离幕布的距离。

已知激光的实际水平距离d，矫正后的图片的距离为1表示实际距离d。

矫正后的幕布图片水平两点的距离distanceH_screen，以及幕布的宽Width_screen

求解矫正后的幕布图片垂直两点的距离distanceV_screen，以及幕布的Height_screen，

已知激光灯上下光束的夹角为Φ，焦距为f，定标仪与幕布的距离为：

distance_screenAndScaler

distance_screenAndScaler＝(d+f)*cot_Φ

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪，其特征在于，所述定标仪包括：

外壳；

设置在所述外壳上的摄像头；

用于发出激光进行定位的激光投射器，所述激光投射器设置在外壳上；

用于测量被定标物的角度的角度传感器，所述角度传感器在所述外壳之外；以及

处于所述外壳的内部的主板，所述主板连接所述激光投射器和所述角度传感器；

其中，所述定标仪采用激光投射器发出的激光进行定位，利用所述摄像头选取幕布的激光点，所述主板包括距离计算模块和幕布大小模块用于计算：定标仪距离幕布的距离、幕布的大小；角度传感器根据角度的变化实时传送所述被定标物的角度数据，所述主板包括校对校正模块对所述被定标物的角度进行校正。

2.根据权利要求1所述的定标仪，其中，所述激光投射器数量为4个，两两布置在所述摄像头的两侧。

3.根据权利要求1所述的定标仪，其中，所述的角度传感器使用的芯片为ADXL345，直接输出数字信号。

4.根据权利要求1所述的定标仪，其中，所述主板包括角度校正模块、圆心坐标模块、图像处理模块、圆心模块和校正模块中的一个模块或多个模块的组合。

5.根据权利要求1所述的定标仪，其中，所述距离计算模块按如下方式计算距离：定标仪与幕布的距离为：(d+f)*cotΦ，其中d为激光的实际水平距离，Φ为激光灯上下光束的夹角，f为焦距。

6.根据权利要求1所述的定标仪，其中，所述幕布大小模块按如下方式计算幕布大小：

矫正后的幕布图片水平两点的距离distanceH_screen，以及幕布的宽Width_screen

${\mathrm{distanceH}}_{screen}=\sqrt{{(xk1-xk4)}^2+{(yk1-yk4)}^2}$

${\mathrm{Width}}_{screen}={\mathrm{distanceH}}_{screen}*\frac{d}{n\%}$

矫正后的幕布图片垂直两点的距离distanceV_screen，以及幕布的Height_screen，

${\mathrm{distanceV}}_{screen}=\sqrt{{(xk1-xk2)}^2+{(yk1-yk2)}^2}$

${\mathrm{Height}}_{screen}={\mathrm{distanceV}}_{screen}*\frac{d}{m\%}$

其中，激光的实际水平距离d，图片上幕布点为J1(x1，y1)、J2(x2，y2)、J3(x3，y3)、J4(x4，y4)，根据逆变换求得图片上幕布纠正后的坐标点为K1(xk1，yk1)，K2(xk2，yk2)，K3(xk3，yk3)，K4(xk4，yk4)，矫正后幕布图片的距离1表示实际距离d，幕布上水平两点的占幕布宽的n％，垂直两点的占幕布高的m％。

7.利用权利要求1-6任一项的基于激光算法的全自动眼动追踪测距定标仪对被定标物进行定标的方法，包括：

1)安装所述定标仪设备；

2)将所述定标仪前端的激光投射器对准幕布，开启激光灯并投射于幕布上；

3)通过软件启动摄像头摄取激光投影在幕布上的图片；

4)根据相对坐标的算法算出定标仪与幕布的距离和幕布的大小尺寸；

5)将角度传感器和所述被定标物连接在一块，角度传感器根据角度的变化实时传送被定标物的角度数据并对所述被定标物的角度进行校正。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述激光投射器的开闭和对所述被定标物的角度进行的校正由软件控制。

9.根据权利要求7所述的方法，定标仪与幕布的距离为：(d+f)*cotΦ，其中d为激光的实际水平距离，Φ为激光灯上下光束的夹角，f为焦距。

10.根据权利要求7所述的方法，

矫正后的幕布图片水平两点的距离distanceH_screen，以及幕布的宽Width_screen

${\mathrm{distanceH}}_{screen}=\sqrt{{(xk1-xk4)}^2+{(yk1-yk4)}^2}$

${\mathrm{Width}}_{screen}={\mathrm{distanceH}}_{screen}*\frac{d}{n\%}$

矫正后的幕布图片垂直两点的距离distanceV_screen，以及幕布的Height_screen，

${\mathrm{distanceV}}_{screen}=\sqrt{{(xk1-xk2)}^2+{(yk1-yk2)}^2}$

${\mathrm{Height}}_{screen}={\mathrm{distanceV}}_{screen}*\frac{d}{m\%}$

其中，激光的实际水平距离d，图片上幕布点为J1(x1，y1)、J2(x2，y2)、J3(x3，y3)、J4(x4，y4)，根据逆变换求得图片上幕布纠正后的坐标点为K1(xk1，yk1)，K2(xk2，yk2)，K3(xk3，yk3)，K4(xk4，yk4)，矫正后幕布图片的距离1表示实际距离d，幕布上水平两点的占幕布宽的n％，垂直两点的占幕布高的m％。