CN106780615B - 一种基于密集采样的投影标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于密集采样的投影标定方法，包括以下步骤：（1）在计算机显示屏幕上绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系；（2）对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中；（3）循环多次进行密集绘制标定点，直至满足计算机显示屏幕中的基本每一个像素的位置均被标定点绘制过结束；（4）采集每轮投影后的投影画面并分析，建立映射表；（5）根据映射表，查找对应的映射关系。本发明所述的投影标定方法具有更快的标定速率，满足了用户的实时需求。使用该标定方法不仅可以获得十分精确的标定精度，而且查找标定位置简单、快捷，极大地满足了用户对标定精度的需求。

Description

一种基于密集采样的投影标定方法

技术领域

本发明属于图像处理和计算机视觉检测领域，具体涉及一种基于密集采样的投影标定方法。

背景技术

随着社会的发展，人机交互技术越来越广泛的应用于日常的生活中，其主要是研究人和计算机之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。近两年出现的热门的两项人机交互技术有：基于数位世界的第六感技术以及智能体感系统Kinect。此外，随着触摸式显示屏的出现，其更加促进了人机交互技术的发展。

正是基于人机交互广大的潜在市场的情况下，交互式投影系统应运而生。对于交互式投影系统来说，由于其对投影屏幕无特别需求，且设备成本较低，目前广泛地应用于企业、机构的学术会议以及教育培训行业的教学中，极大地提高了用户与计算机之间的交互性，增加了用户和观众之间沟通的效率。随着课堂教学以及会议举办的效率越来越高，交互式投影系统将会有很大的市场前景。

对于人机交互技术来说，用户如果想体验更好的交互性，则需要以高精度的标定作为基础。对于目前的现有技术来说，高精度的标定已经实现，但是对于此类方法来说，大多数是以比较昂贵的成本来实现的，不能满足大多数用户的需求。在降低成本的情况下，大多数却不能很好地满足高精度的标定的需求。例如：大多数的标定设备仅仅采用摄像头，并且结合了一些算法，从而实现精度的标定，其或多或少由于摄像头镜头畸变的影响，从而给标定带来一些误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于密集采样的投影标定方法，标定速率快、成本较低，同时可以获得十分精确的标定精度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于密集采样的投影标定方法，包括以下步骤：

（1）在计算机显示屏幕上绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系；

（2）对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中；

（3）循环多次进行密集绘制标定点，直至满足计算机显示屏幕中的基本每一个像素的位置均被标定点绘制过结束；

（4）采集每轮投影后的投影画面并分析，建立映射表；

（5）根据映射表，查找对应的映射关系。

所述的基于密集采样的投影标定方法，步骤（1）中，所述在计算机显示屏幕上绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系，具体包括以下步骤：

（11）在计算机显示屏幕的四个顶角方向位置中，随意选取一个未被绘制标定点的位置进行绘制标定点；

（12）利用摄像头采集进行绘制标定点之后的投影画面；

（13）循环执行步骤（11）～（12），使得计算机显示屏幕中四个顶角位置均被标定点标定过；

（14）根据步骤（13）中采集的图像以及对应的绘制标定点的顺序，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系。

所述的基于密集采样的投影标定方法，步骤（2）中，所述对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中，具体包括以下步骤：

（21）获取摄像头的像素；

（22）根据步骤（1）中绘制的标定点，获取标定点的半径大小；

（23）根据摄像头采集的有效投影区域的面积，设置相邻两个标定点之间的距离；

（24）计算显示屏幕每行和每列单次需要绘制标定点的个数；

（25）对整个计算机显示屏幕进行绘制标定点，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中。

所述的基于密集采样的投影标定方法，步骤（3）中，所述循环多次进行密集绘制标定点，直至满足计算机显示屏幕中的基本每一个像素的位置均被标定点绘制过结束，具体包括以下步骤：

（31）每行进行多轮标定点的重复偏移绘制操作；

（32）计算标定点的偏移量，使下轮标定点绘制中，每个标定点都相对于前轮中对应的标定点进行水平向右偏移像素位置；

（33）通过摄像头采集每轮标定点图像并分析，建立计算机显示屏幕中的标定点坐标和其对应投影点坐标之间的映射关系，并将该映射关系添加到映射表中；

（34）循环进行标定点绘制，使下轮绘制的标定点的个数与上轮标定点的个数相同，且下轮绘制的每个标定点的位置均相对于在上轮的初始标定点的位置图像中其对应点的位置进行竖直向下偏移像素；

（35）通过摄像头采集图像并分析，记录标定点与投影点之间坐标的映射关系，并添加到映射表中；

（36）重复执行上述步骤，完成标定点的密集绘制。

由上述技术方案可知，本发明通过多轮的绘制投影点的操作均是以行为单位进行投影的，一次性绘制使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中的每一行，从而极大地提高了绘制标定点的效率，相较于传统的单个点依次绘制来说，其具有更快的标定速率，满足了用户的实时需求。使用该标定方法不仅可以获得十分精确的标定精度，而且查找标定位置简单、快捷，极大地满足了用户对标定精度的需求。

附图说明

图1是本发明的单轮密集投影示意图；

图2是本发明的标定点标定时的方位顺序示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是本发明的密集投影流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种基于密集采样的投影标定方法，包括以下步骤：

S1：绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系。在本此操作中，需要进行4次的绘制黑色圆形标定点的操作，绘制过程如图2所示，该图中的（a）表示绘制第一个标定点，（b）表示绘制第二个标定点，（c）表示绘制第三个标定点，（d）表示绘制第四个标定点，具体步骤如下：

S11：在计算机显示屏幕的四个顶角方向位置中，随意选取一个未被绘制标定点的位置进行绘制标定点；

S12：利用摄像头采集进行绘制标定点之后的投影画面；

S13：循环执行步骤（11）～（12）四次，使得计算机显示屏幕中四个顶角位置均被标定点标定过。

S14：根据步骤（13）中采集的四张图像以及对应的绘制标定点的顺序，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系，防止其映射关系出现上下或者左右颠倒的现象发生。此外，由于摄像头在采集投影画面时，采集的画面区域比实际的投影画面区域大，因此，可以根据四个标定点的位置，可以确定投影画面的区域，避免非投影区域对后面操作的干扰。

S2：对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中，具体操作如下：

S11：获取摄像头的像素，其像素的大小为；

S12：根据步骤1中预先采集的四个标定点的图像，获取在采集的画面中黑色圆形标定点的半径大小，记为；

S13：由于在本专利中，摄像头采集的区域面积远大于实际的投影区域面积，故根据本专利的实际情况和经验，预估计摄像头采集的有效投影区域的面积大致为,同时设置相邻两个标定点之间的距离（相邻标定点的圆心之间的距离）为；

S14：计算显示屏幕每行和每列单次需要绘制标定点的个数。对于显示屏幕的每行来说，相邻的两个标定点之间的距离为，故其绘制标定点的个数为，对于每列来说，其绘制标定点的个数是；

S15：对于整个计算机显示屏幕进行绘制标定点，使得所有的标定点均匀的分布在显示屏幕中。在显示屏幕中，绘制的标定点的总个数是,对于显示屏幕中含有顶角方向的行来说，由于该行已经投射了2个标定点，现在只需继续投影个标定点即可。

S3：循环多次进行密集绘制标定点，直至满足计算机显示屏幕中的基本每一个像素的位置均被标定点绘制过结束，具体步骤如下：

S31：由于绘制标定点需要一定的时间，如果绘制的次数过多，则可能耽误用户的一定时间，因此在本专利中一共进行81轮的密集标定点的绘制操作，且每行进行9轮的标定点的重复偏移绘制操作，此时；

S32：计算偏移量，使得在第轮的标定点的重复绘制中，每个标定点都相对于第轮中对应的标定点，进行水平向右偏移像素位置。待9次重复绘制操作结束后，基本满足显示屏幕中所有的标定点在对应行的水平位置上，每个像素位置基本被投影过；

S33：在步骤（32）中，每次进行完一轮的标定点的重复绘制操作后，利用摄像头采集图像，通过分析图像，建立计算机显示屏幕中的标定点坐标和其对应投影点坐标之间的映射关系，并将该映射关系添加到映射表中；

S34：继续执行第轮的布满整个计算机显示屏幕的标定点的绘制操作，且绘制的标定点的个数与第轮的标定点的个数相同，但每个点的位置均相对于在第轮的初始标定点的位置图像中其对应点的位置进行竖直向下偏移像素；

S35：摄像头采集图像，此时采集到的图像为第轮的初始标定点位置的图像。分析图像，记录此时标定点与投影点之间坐标的映射关系，并添加到映射表之后；

S36：继续重复执行步骤（31）～（35），完成标定点的密集绘制操作。

S4：采集每轮投影后的投影画面并分析，建立映射表。

计算机显示屏幕中绝大部分位置上的像素点坐标和其投影之后的坐标位置都被添加到映射表之中。故在已知计算机显示屏幕中某一点的坐标位置时，通过查找映射表可获取该点经过投影之后的坐标位置，且精度较高，能够很好地满足用户的需求。

S5：根据映射表，查找对应的映射关系。

对于计算机显示屏幕中的某一点，如果在映射表之中查找不到该点的坐标位置，则根据映射表，查找与该点在同一直线上的且与该点相邻的两个坐标点的坐标，参考线性关系，大致估计该点经过投影之后的映射坐标，并将该对映射点的映射关系其添加到映射表中，方便以后的使用。

本专利通过对计算机显示屏幕进行多轮的标定点的密集绘制操作，使得基本上计算机显示屏幕中的每一个像素点的位置和其投影之后的对应点的位置之间的对应关系都被记录下来，在同一摄像头畸变的影响下，该映射对应关系是唯一的，因此使用该标定方法可以获得十分精确的标定精度，极大地满足了用户对标定精度的需求。

本专利通过密集标定点采样的方法，基本构建了计算机显示屏幕中每一个像素点的位置和其投影之后的对应点的位置之间的映射关系，并用一个映射表来存储这个映射关系，其类似于哈希表的结构。当已知经过投影之后的某一点的位置时，只需要通过查找该映射表，便可获该点对应的计算机显示屏幕中的位置，且查找过程操作简单，查找的时间复杂度为，为映射表的表长，查找时间较短。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于密集采样的投影标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在计算机显示屏幕上绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系；

(2)对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中；

(3)循环多轮进行密集绘制标定点，直至满足计算机显示屏幕中的每一个像素的位置均被标定点绘制过结束，具体包括以下步骤：

(31)每行进行多轮标定点的重复偏移绘制操作；

(32)计算标定点的偏移量Δx，使下轮标定点绘制中，每个标定点都相对于前轮中对应的标定点进行水平向右偏移Δx像素位置；

(33)通过摄像头采集每轮标定点图像并分析，建立计算机显示屏幕中的标定点坐标和其对应投影点坐标之间的映射关系，并将该映射关系添加到映射表中；

(34)循环进行标定点绘制，使下轮绘制的标定点的个数与上轮标定点的个数相同，且下轮绘制的每个标定点的位置均相对于在上轮的初始标定点的位置图像中其对应点的位置进行竖直向下偏移Δx像素；

(35)通过摄像头采集图像并分析，记录标定点与投影点之间坐标的映射关系，并添加到映射表中；

(36)重复执行上述步骤，完成标定点的密集绘制；

(4)采集每轮投影后的投影画面并分析，建立映射表；

(5)根据映射表，查找对应的映射关系。

2.根据权利要求1所述的基于密集采样的投影标定方法，其特征在于：步骤(1)中，所述在计算机显示屏幕上绘制标定点，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系，具体包括以下步骤：

(11)在计算机显示屏幕的四个顶角方向位置中，随意选取一个未被绘制标定点的位置进行绘制标定点；

(12)利用摄像头采集进行绘制标定点之后的投影画面；

(13)循环执行步骤(11)～(12)，使得计算机显示屏幕中四个顶角位置均被标定点标定过；

(14)根据步骤(13)中采集的图像以及对应的绘制标定点的顺序，确定计算机显示屏幕与投影画面之间的方位顺序的映射关系。

3.根据权利要求1所述的基于密集采样的投影标定方法，其特征在于：步骤(2)中，所述对计算机显示屏幕进行单轮的密集投影，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中，具体包括以下步骤：

(21)获取摄像头的像素；

(22)根据步骤(1)中绘制的标定点，获取标定点的半径大小；

(23)根据摄像头采集的有效投影区域的面积，设置相邻两个标定点之间的距离；

(24)计算显示屏幕每行和每列单次需要绘制标定点的个数；

(25)对整个计算机显示屏幕进行绘制标定点，使得标定点均匀的分布在计算机显示屏幕中。