CN105107203A - 一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法，解决在黑暗条件下的大型室内三维高仿真射击游戏中，在利用红外识别技术和摄影测量技术时，出现的由于受到拍摄限制而产生的错误识别的情况，它包括划分区域、建立路由表、将摄像头所拍摄到的各个区域进行统计、对比路由表、根据确定为正确的区域计算出拍摄时的画面中心坐标这五个步骤。

Description

一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法

技术领域

本发明应用于仿真射击娱乐游戏产业的指向定位校验系统，涉及一种基于几何逻辑关系的新型标志区域校验算法。

背景技术

正所谓经济基础决定上层建造,随着我国经济水平的不断发展,人们的物质生活需求也在不断提高,各种大型游戏慢慢成为人们休闲娱乐的首要选择，经典的射击类游戏发展出了各种不同版本，但是由于灯光等条件限制游戏在射击精度方面仍然有所欠缺，使得游戏的体验不能尽如人意。本算法参照计算机网络的路由表算法思想，通过建立参照区域的“路由表”，来对定位的结果进行校验和纠正，使最后能迅速对指向区域进行精确的定位。本算法的大致设计思路是首先将红外灯标志点排布于划分好的各个区域，以标志点的数量作为区域的编码，上下区域相同，为了避免出现无法识别上下的情况还需要布下红外灯制成的灯带来作为上下的方向参照。本算法通过区域和方向灯带的相互参考来排除错误区域最终确定空间标志点的正确与否，完成区域校验。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法，解决在黑暗条件下的大型室内三维高仿真射击游戏中，在利用红外识别技术和摄影测量技术时，出现的由于受到拍摄限制而产生的错误识别的情况。由于摄像头所拍摄的只是部分屏幕区域，而且还可能产生区域遮挡等问题，导致最后得不到正确的标志点，不能生成正确的区域中心坐标。为了解决由于拍摄所限而不能得到正确区域中心的问题，要利用本技术对区域检测结果进行排错处理，保留可以用于计算的正确区域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

将需要定位的大屏幕分成上下相同的两个部分，每个部分按照等距离等面积的方式划分为多个区域，在每一个区域内排布不同数量的标志点，上下部分中对应的区域排列方式相同。区域间的最小距离大于区域内标志点之间距离最大值的2倍，避免在图像畸变情况下区域识别出现错误，即将不是同一个区域的红外标志点划分为同一个区域。区域的个数最为n个（n>=3），具体的区域个数根据屏幕大小来设计。每个区域内标志点的个数表征了区域的属性，即若某区域内有5个标志点，那么我们称这个区域为5号区域，以此来表征与其他区域的不同。为了区分上下部分，还需要设置带有方向点的灯带，为了应对部分区域拍摄的情况，还需要选择适量灯带均匀排布。

当确定所有邻域的排布时，所谓的邻域路由表就建立起来了,邻域路由表即表述表中相邻元素之间、对岸元素间的对应关系的图表,借助此表,可以帮助我们在信息缺失时可以方便快捷的确定区域的正确性、推导出相邻邻域。为了方便表达，这里选择了一种情况予以讲解，首先路由表排布情况如图1所示，数字代表的是该区域所包含的灯的数量，具体的排布方式可以按照个人喜好，只是需要遵循不同区域间的距离至少是同一区域内不同点间距离的两倍即可；中间的三个绿色的形状组合代表的是方向灯带，灯带分为两部分，上部是方向点，由一个或多个红外灯组成，但不同灯之间的距离应该足够小，防止被识别成不同的点，下面的灯带的排布原理也与之相同，紧凑即可。

建立完路由表后就可以对经过区域识别过的区域点和方向灯带进行处理了，目的是通过该识别方法将正确的区域的可信度置为3，错误的区域的可信度置为-1，无法识别的区域的可信度置为0，最后输出正确的区域的坐标和方向灯带的坐标。

由于各种情况涉及到的区域不尽相同，我们需要先对判断的结束条件做出规定，如果方向线确定了属性，在区域与方向线的距离符合条件、象限也与之相符、编号正确的情况下可以直接将其可信度置为3，如果该区域的左右邻域、对岸邻域（不包括斜对岸邻域）的编号与路由表相对应，也可以将其可信度置为3；如果线的属性没有确定，区域与区域之间有至少三个区域的相互关系符合路由表算法，则可以将其可信度置为3，然后再反过来确定线的属性；如果线的属性没有确定，区域与区域之间有至少三个区域的相互关系不符合路由表算法，则可以直接将其可信度置为-1。下面是大致步骤：

首先是前期的准备工作，如首先需要计算好各区域坐标、方向灯带坐标，接着需要以方向灯带为原点建立坐标系，然后分别计算出各区域与各灯带间的夹角、距离，根据夹角对区域所在象限进行分类，最后按照距离从小到大对区域进行排序，方便后面的判别，至此，大致的准备工作已经完成了。

现在就可以开始判别工作了，按照所拍摄到的情况大致可以分为三种情况，只拍到一个区域、只拍到两个区域、拍到两个以上区域，按照输入的参数具体进行判定。

总的判定准则是首先判定线的属性，根据左右两边分布的区域数来判定，如果不能简单的根据区域分布来进行判定的话可以先将线的属性置为0，如果能顺利进行判定，接着需要选取用于后面判定的基准线，如果存在中间灯带既选用中线作为基准线，否则按照从左到右的顺序选择即可。

如果选定了基准线，先判定基准线，其他情况下从左到右依次选取。

如果只拍到一个区域，先根据区域的编号和线的距离关系来确定区域的编号是否正确，然后根据区域和线的象限关系来确定真实的输出编号（真实编号即用来区别不同区域的唯一编号,真实编号不同于区域编号,区域编号只是区域中所包含的灯的个数的表述,对岸邻域可以相同,但真实编号的目的在于唯一性和区别性）。如果拍到两个区域，判定的基本准则与只拍到一个区域大致相同。

当拍到三个区域时，也是先判定基准线附近区域，再从左到右判断其他区域。选定了判定的方向线后，先按照区域与方向线的距离从小到大依次判断，如果当前判定区域编号正确，可以据此接着判断它的左右邻域，直到出现不相符的为止；如果当前判定区域编号不正确，而其对岸邻域或者左右邻域与路由表相符的话就需要将该区域的可信度置为-1，然后判断下一邻域和下一方向线，直至所有区域和方向点判断完成为止。

当线的属性没有确定时，先看最近区域的编号，如果该区域与其左右邻域或者对岸邻域可以与路由表中相对应，就可以将区域的可信度置为3，然后根据区域与方向线的对应关系来反过来确定方向线的属性即可。

当完成所有区域的可信度识别后，还需要进行最后的挽救处理，即对最后没能判断出属性的线进行一个再识别过程，整个识别可以按照识别出的区域的编号在路由表中的位置和区域和方向线的相互关系来进行。当进行完挽救工作之后，输出正确的区域和方向线坐标，然后整个识别过程就顺利完成了。

本发明是一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法，具有以下优点：

（1）在本发明的技术方案中，采用了区域化分型标志点，将屏幕按照均面积和均距离的规律划分为多个区域，区域之间具有邻域的相互关系，将各个区域的邻域计入路由表中，各个区域相互关联形成固定的拓扑关系。

（2）在本发明的技术方案中，由于相邻区域的距离相等，每个区域都有不同的邻域，这样只要能拍摄到至少一个正确的区域和一条线就能对其他错误的区域进行排除，使得该校验方法抗干扰能力（鲁棒性）强，准确性高，从而能够大幅度提高射击指向定位准确性。

附图说明

图1是本发明实施例的路由表；

图2是只拍到一个区域的示意图；

图3是只拍到两个区域的示意图；

图4是拍到正常区域的示意图。

具体实施方式

根据图1所示的路由表，选取了几种具有代表性的情况，来演示该算法的实施过程，具体步骤如下：

第一步:判断线和区域的数量

在算法开始的时候，首先需要判断线和区域的数量是否满足最低要求，即最少需要一个区域和一条线。接着分别计算线与x轴之间、线与线之间、线与区域之间的夹角，通过角度来确定每条线左右两边的区域数，这个区域数将会在后面大大节约我们的判定时间。

第二步:计算线两边的区域数,确定基准线

接着我们需要判断线的属性，即拍到的线具体是哪根，左边的，中间的还是右边的。判断的主要依据是左右的区域的数量，当左右都存在区域的时候可直接判定为中线；而当左边有区域的时候，如果线的数量大于三条，则判定为右边的线，或者左边区域的数量大于六个，则判定为右边的线，或者左边区域的数量大于五个（判定接着上面的条件），也可以判定为右边的线，如果有中线，则自己也为右边的线；同理，当右边有区域的时候，如果线的数量大于三条，则判定为左边的线，或者右边区域的数量大于六个，则判定为左边的线，或者右边区域的数量大于五个（判定接着上面的条件），也可以判定为左边的线，如果有中线，则自己也为左边的线。

当判断完线的属性后，需要选择后面判断所用的基准线，这里优先考虑选择中线，如果没有中线，则按照从左到右的顺序依次选择。

第三步：排除错误角度区域，可信度初始化

接着我们需要对所有区域的可信度赋初值，以方便直接观察每个区域的当前的判断情况。这里需要通过角度将区域分成上下两类，不满足角度范围的可以直接删除掉，如果存在有删除区域且最后得到的区域个数不足的情况，则需要记录丢失的区域。

然后需要对区域进行排序,方便后续步骤的使用。

第四步：建立路由表

准备工作的最后一步也是最重要的一步是建立路由表，整个表的建立的目的是寻找各个区域的左右、对岸区域，这里的对岸区域不包括斜对岸。首先需要将上下两排区域进行对齐，如果上下两排的区域数都是四个，则对其得到的就是正确的路由表，如图1所示。这里，我们还可以排除掉一种错误情况，即当上下只有三个区域时，前两个区域一定是五号或者三号，后两个区域一定是六号和四号。

第五步：利用路由表判断区域是否正确

进行完以上工作后，判定所需要的基本条件都已经准备完毕，接着就可以进行具体情况的判定了。整个判定大概可以分为三种情况，只拍到了一个区域（如图2所示），拍到了两个区域（如图3所示），拍到三个及以上的区域（如图4所示），其中前两种作为特殊情况优先考虑，后面的是常见的情况。

当只拍到一个区域的时候，有两种具体情况：上面有区域和下面有区域，然后按照具体的区域与线之间的角度信息或者象限可以直接得到区域编号；而当拍到两个区域时所用的方法也与此类似，只不过情况变成了上面两个区域下面没有区域、上下各一个区域、上面没有而下面有两个区域，然后多增加了一个区域的比较罢了。

当拍到三个及以上的区域的时候，借助路由表信息进行判定的优势就显露出来了。此时整个步骤的思想是首先根据基准线与需判定区域的位置关系在路由表中选择对应的线和区域，然后依次判断判定区域与原预定区域的编号是否相同，如果不相同就接着判定对岸邻域和左右邻域，如果三者都与路由表中的编号不相符，就将该邻域的可信度置为-1；当前面有出现三个邻域与路由表相符的情况时就可以认为判定正确，将可信度置为3，表示该区域是正确的区域。下面会针对具体的情况来进行实例分析。

拍到的区域情况如上所示，共有区域，区域编号分别为（4，4，5，4，6），每个区域的坐标分别为{（300，200），（100，200），（100，100），（400，200）,(300,100)},一共拍到三根线，坐标分别为{{（250,120）,（250,150）}},{（450,120）,（450,150）},{（50,120）,（50,150）}}，这时算法会如何进行呢？

首先，因为中线的存在，算法会先将中线作为基准线，然后判断中线两边的区域是否正确，因为左边没有区域，会首先对右边的六号区域进行判定，先看六号区域是否在第二象限，（象限的排布为左上角为第一象限，然后顺时针旋转依次为二三四象限）答案是肯定的，接着看六号区域的左邻域，此时没有拍到因而无法判定，而右邻域也没有拍到，接着看对岸邻域，为四号区域，与路由表相悖，接着对四号邻域进行判断，四号邻域在第三象限是正确的，然后右邻域为四号象限，这里与六号区域相符，此时就可以将六号区域和六号区域斜对岸四号区域的可信度置为3，表示是正确的。

接着判断右线，首先右线上部本该是四号区域的部分没有拍到任何信息，接着判断下部区域，下面的四号区域与路由表相对应，接着看左邻域为四号，而路由表为六号，而四号的对岸邻域为六号，与路游表对应，此时可以将该四号区域的可信度置为3，表示该区域可信。

然后判断左线，先对五号区域进行判定，五号区域对应着路由表中的五号区域，但是在没有左右邻域的情况下，对岸邻域为四号区域，而根据路由表显示应该为五号区域，故无法确定五号区域的正确性。对于下方的四号区域，本身就与路由表中的五号区域不相对应，可以将其可信度置为-1，表示该区域为错误区域，不可信。

第六步：对不可信线进行挽救判断

最后需要对不可信线进行挽救，来避免出现大的方向性错误，但在场景下，没有出现错误的线判定，所以这步会被跳过。然后输出最后可用于计算的点的坐标{（300，100），（400，200），（250，120），（250，150），（450，120），（450，150）}，算法到此完成。

以上所具体描述的，是一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法。文中对本发明的原理，技术方案和实施方式进行了详细的阐述，以上具体实施步骤内容只是为了帮助理解，并不限定本发明的保护范围，本发明适用于三个区域以上的具有唯一路由表所限定的空间拓扑关系的空间定位场合，凡在本发明的核心思想和原则之内，做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种应用于空间视频定位的几何逻辑区域校验方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、划分区域：将用于射击的大屏幕按照等距离等面积的方式划分成n个区域（n≥3），在每个区域内排布不同数量的标志点，区域间的最小距离大于区域内标志点之间距离最大值的2倍；

2）、建立路由表：通过预先的设置排布，将不同编号、不同特征的区域和均匀排布的方向点组合成路由表，各个区域的相互关系由路由表限制；

3）、将摄像头所拍摄到的各个区域进行统计，算出所有区域的个数和每个区域的标志点数量；

4）、对比路由表，根据所拍摄的区域和方向线的对应关系来与路由表进行比对，查找出最符合情况的排布，确定正确区域，排除错误区域；

5）、根据确定为正确的区域计算出拍摄时的画面中心坐标，即为枪所指向的坐标点。