CN105107190A - 应用于中式台球中的图像采集处理系统及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于中式台球中的图像采集处理系统，包括图像处理模块、图像采集模块和图像接收模块，所述图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端相连，图像处理模块的输出端与图像接收模块的输入端相连，本发明还公开了一种应用于中式台球中的图像采集处理系统的图像采集处理方法。本发明中应用于中式台球中的图像采集处理系统中的图像采集模块为两个工业相机，两中袋中心连线将台球桌桌面分为A区域和B区域，两个工业相机分别设置在A区域和B区域的中心点的正上方，这样采用双相机同步采集球台球桌桌面图像，不仅使普通的工业相机能满足高分辨率和高帧率的图像采集要求，而且可以对台球桌桌面进行全面覆盖,进而完成对中式台球的精确分析。

Description

应用于中式台球中的图像采集处理系统及图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种台球领域，尤其涉及一种应用于中式台球中的图像采集装置及图像处理方法。

背景技术

目前，在中式台球分析系统中，需要对台球桌桌面进行连续的图像采集。由于中式台球分析的特点，对图像的大小分辨率和时间分辨率都有很高的要求，所以需要配备高分辨率、高帧率的相机进行图像的采集，但高分辨率和高帧率的相机不仅非常的稀少，而且价格昂贵；另外，在现有的中式台球分系统中，相机通常安装在台球桌的中心上方，当相机安装高度较高时，近距离的图像采集会受到相机高度的影响，当相机安装高度过低时，将无法采集到完整的台球桌桌面。

现有技术存在以下缺陷：使用单台相机由于受限于相机的分辨率和帧率，无法完全满足中式台球精确分析的要求，如果选用同时满足帧率和分辨率的相机，价格十分昂贵；无论是什么相机，都会受到安装高度的限制而影响图像的采集。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种应用于中式台球中的图像采集处理系统及方法，以解决现有技术中高分辨率和高帧率相机稀少且成本高的问题，以及相机视野无法覆盖台球桌桌面的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明包括图像处理模块、图像采集模块和图像接收模块，所述图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端相连，图像处理模块的输出端与图像接收模块的输入端相连；

图像采集模块，用于采集台球桌桌面图像，图像采集模块为两个工业相机，两中袋中心连线将台球桌桌面分为A区域和B区域，两个工业相机分别设置在A区域和B区域的中心点的正上方；

图像处理模块，用于拼接图像采集模块采集的A区域桌面图像和B区域桌面图像；

图像接收模块，用于接收图像处理模块拼接后的桌面图像。

一种应用于中式台球中的图像采集处理系统还包括定位装置，定位装置设置在台球桌的每个角袋和每个中袋的袋口处。

所述工业相机的成像面与台球桌面的夹角α为0°～10°。

一种应用于中式台球中的图像采集处理系统的图像采集处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的四个袋口，四个袋口为两个中袋袋口和两个角袋袋口，A区域中四个袋口的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个袋口的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。

一种应用于中式台球中的包括定位装置的图像采集处理系统的图像采集处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集设置在台球桌A区域和B区域中的定位装置，A区域中四个定位装置的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个定位装置的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。

与现有技术相比，本发明中应用于中式台球中的图像采集处理系统中的图像采集模块为两个工业相机，两中袋中心连线将台球桌桌面分为A区域和B区域，两个工业相机分别设置在A区域和B区域的中心点的正上方，这样采用双相机同步采集球台球桌桌面图像，不仅使普通的工业相机能满足高分辨率和高帧率的图像采集要求，而且可以对台球桌桌面进行全面覆盖,进而完成对中式台球的精确分析。

附图说明

图1是本发明提供的一种应用于中式台球中的图像采集处理系统实施例的结构框图。

图2是图1中图像采集模块及定位装置设置在台球桌上的结构示意图。

图3是图2中A区域的放大示意图。

图4是图2中B区域的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供的一种应用于中式台球中的图像采集处理系统实施例包括图像处理模块、图像采集模块和图像接收模块，所述图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端相连，图像处理模块的输出端与图像接收模块的输入端相连，如图1所示。

图像采集模块，用于采集台球桌1桌面图像，图像采集模块为两个工业相机2，两中袋3中心连线将台球桌1桌面分为A区域4和B区域5，两个工业相机分别设置在A区域和B区域的中心点的正上方，如图2所示。

图像处理模块，用于拼接图像采集模块采集的A区域桌面图像和B区域桌面图像。

图像接收模块，用于接收图像处理模块拼接后的桌面图像。

作为本发明的改进：如图2、图3和图4所示，本实施例还包括定位装置7，定位装置7设置在台球桌1的每个角袋6和每个中袋3的袋口处，定位装置的设置有助于图像采集模块对原始台球桌桌面图像采集的精确度。

工业相机安装时，工业相机的成像面尽量与台球桌桌面平行。如果相机成像面与台球桌桌面的角度过大，工业相机所采集的图像与实际图像的误差就会很大。为了降低误差，最好是相机安装的高度相同，成像面平行于台球桌桌面。工业相机的成像面与台球桌面的夹角α在0°～10°范围内引起的误差可以通过投影矫正。

本发明提供的一种应用于中式台球中的图像采集处理系统的图像采集处理方法实施例，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的四个袋口，四个袋口为两个中袋袋口和两个角袋袋口，A区域中四个袋口的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个袋口的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。

本发明提供的一种应用于中式台球中的包括定位装置的图像采集处理系统的图像采集处理方法实施例，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集设置在台球桌A区域和B区域中的定位装置，A区域中四个定位装置的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个定位装置的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。

为了使本领域技术人员更好的理解的本发明，现对透视变换进行解释说明：

透视变换是将图片投影到一个新的视平面，也称作投影映射。通用的变换公式为：

$\[x^{\′},y^{\′},w^{\′}\]=\[u,v,1\]\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right]$

u,v是原始图片坐标，对应得到变换后的图片坐标x,y,其中x＝x'/w',y＝y'/w'。

变换矩阵可以拆成4部分，表示线性变换，[a₃₁,a₃₂]用于平移，[a₁₃,a₂₃]^T产生透视变换。经过透视变换之后的图片通常不是平行四边形(除非映射视平面和原来平面平行的情况)。

重写之前的变换公式可以得到：

$x=\frac{x^{\′}}{w^{\′}}=\frac{a_{11}u+a_{21}v+a_{31}}{a_{13}u+a_{23}v+a_{33}}$

$y=\frac{y^{\′}}{w^{\′}}=\frac{a_{12}u+a_{22}v+a_{32}}{a_{13}u+a_{23}v+a_{33}}$

所以，已知变换对应的几个点就可以求取变换公式。简单的看一个正方形到四边形的变换：

变换的4组对应点可以表示成：

(0,0)→(x₀,y₀)

(1,0)→(x₁,y₁)

(1,1)→(x₂,y₂)

(0,1)→(x₃,y₃)

根据变换公式得到：

a₃₁＝x₀

a₁₁+a₃₁-a₁₃x₁＝x₁

a₁₁+a₂₁+a₃₁-a₁₃x₂-a₂₃x₂＝x₂

a₂₁+a₃₁-a₂₃x₃＝x₃

a₃₂＝y₀

a₁₂+a₃₂-a₁₃y₁＝y₁

a₁₂+a₂₂+a₃₂-a₃₂-a₂₃y₂-a₂₃y₂＝y₂

a₂₂+a₃₂-a₂₃y₃＝y₃

求解该方程组，即可得到变换矩阵的各个参数。

求解出的变换矩阵就可以将一个正方形变换到四边形。反之，四边形变换到正方形也是一样的。于是，我们通过两次变换：四边形变换到正方形+正方形变换到四边形就可以将任意一个四边形变换到另一个四边形。

因此计算透视投影矩阵需要四对坐标点，本发明中，我们选取A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，根据透视投影变换矩阵的方法计算出透视投影矩阵Ma和Mb，再根据本发明提供的一种应用于中式台球中的包括定位装置的图像采集处理系统的图像采集处理方法实施例的步骤4、步骤5和步骤6处理采集的台球桌桌面图像。

为了满足简洁的要求，本说明书每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分可相互参见。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。

Claims (6)

1.一种应用于中式台球中的图像采集处理系统，其特征在于：包括图像处理模块、图像采集模块和图像接收模块，所述图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端相连，图像处理模块的输出端与图像接收模块的输入端相连；

图像采集模块，用于采集台球桌桌面图像，图像采集模块为两个工业相机，两中袋中心连线将台球桌桌面分为A区域和B区域，两个工业相机分别设置在A区域和B区域的中心点的正上方；

图像处理模块，用于拼接图像采集模块采集的A区域桌面图像和B区域桌面图像；

图像接收模块，用于接收图像处理模块拼接后的桌面图像。

2.根据权利要求1所述的应用于中式台球中的图像采集处理系统，其特征在于：一种应用于中式台球中的图像采集处理系统还包括定位装置，定位装置设置在台球桌的每个角袋和每个中袋的袋口处。

3.根据权利要求1或2所述的应用于中式台球中的图像采集处理系统，其特征在于：所述工业相机的成像面与台球桌面的夹角α为0°～10°。

4.根据权利要求3所述的应用于中式台球中的图像采集处理系统，其特征在于：所述的夹角α为0°～5°。

5.一种利用权利要求1所述的应用于中式台球中的图像采集处理系统的图像采集处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的四个袋口，四个袋口为两个中袋袋口和两个角袋袋口，A区域中四个袋口的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个袋口的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。

6.一种利用权利要求2所述的应用于中式台球中的图像采集处理系统的图像采集处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将台球桌桌面所在的平面作为世界坐标系中Z＝0平面,利用图像采集模块分别采集设置在台球桌A区域和B区域中的定位装置，A区域中四个定位装置的坐标分别为A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)，B区域中的四个定位装置的坐标分别为B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)、B₄(U₄,V₄)；

步骤2：将步骤1完成的坐标A₁(X₁,Y₁)、A₂(X₂,Y₂)、A₃(X₃,Y₃)、A₄(X₄,Y₄)、B₁(U₁,V₁)、B₂(U₂,V₂)、B₃(U₃,V₃)和B₄(U₄,V₄)分别投影到Z＝0平面上，记录投影后的坐标a₁(x₁,y₁)、a₂(x₂,y₂)、a₃(x₃,y₃)、a₄(x₄,y₄)、b₁(u₁,v₁)、b₂(u₂,v₂)、b₃(u₃,v₃)和b₄(u₄,v₄)；

步骤3：根据变换矩阵公式计算由步骤1和步骤2完成的A区域的四对坐标和B区域中的四对坐标，得到A区域中的透视投影矩阵Ma和B区域中的透视投影矩阵Mb；

步骤4：利用图像采集模块分别采集台球桌A区域和B区域中的桌面图像；

步骤5：将由步骤4采集的桌面图像经由步骤3计算得到的透视矩阵Ma、Mb完成图像的透视变换，利用图像处理模块对透视变换后的图像进行拼接；

步骤6：图像接收模块接收由步骤5拼接后的桌面图像。