CN112013721A

CN112013721A - 一种虚拟镖靶命中坐标识别系统及其建立方法

Info

Publication number: CN112013721A
Application number: CN202010769081.7A
Authority: CN
Inventors: 赵羽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本发明公开了虚拟镖靶命中坐标识别系统及其建立方法，包括镖靶、摄像头、飞镖和处理器；镖靶包括一个实体圆形面和一个与实体圆形面同心的处于同一空间平面的虚拟圆形面，多个摄像头的镜头轴线与虚拟圆形面处于同一空间平面并沿所述虚拟圆形面的周向设置，处理器根据多个摄像头分别同时拍摄的飞镖与虚拟圆形面的交点计算得出飞镖处于虚拟圆形面上的坐标。本发明的有益效果是：可实现飞镖落点的自动计分，相比现有传统计分方法而言，计分简单高效，且不受周围环境影响，计分精度高；摄像头设置在镖靶同一平面，节省了空间，缩小了体积。

Description

一种虚拟镖靶命中坐标识别系统及其建立方法

技术领域

本发明属于镖靶计分设备技术领域，尤其涉及一种虚拟镖靶命中坐标识别系统及其建立方法。

背景技术

传统的飞镖游戏使用鬃毛镖靶进行。每位玩家依次掷出三个金属尖的飞镖，并且可根据比赛规则检查镖靶以确定他们的得分。传统上使用黑板或诸如智能手机或平板电脑的电子设备手动进行计分。这样不仅让记分员处于繁杂之中，还会降低游戏速度，因为计分往往跟不上玩家掷飞镖的速度。一些电子镖靶提供自动计分，但是这些电子镖靶通常使用可与靶上的孔相接合的塑料飞镖。这些电子镖靶的外观和感觉与常规的鬃毛镖靶相比通常较差，这会妨碍使用者，特别是有经验的玩家。近几年也出现有自动镖靶计分系统，以公开号为CN107850417A的中国发明专利为例，其通过在镖靶前端设置多个摄像头和照明系统，利用摄像头识别镖靶的得分区域，并检测图像中的视觉扰动，实现对飞镖命中标靶的位置和识别和计分，利用照明系统解决标靶的图像稳定和飞镖阴影造成的误差。由于这种计分原理导致摄像头和照明系统都无法设计在镖靶所在平面，而需要设置在镖靶所在平面更靠近玩家的一侧，这将导致整个系统的体积较大，并占用较大的场地空间，且通过摄像头直接识别镖靶表面图像，受镖靶靶面材质、做工、磨损以及周围环境光的影响依然较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种结构简单，体积小，无需直接识别情况复杂的实际镖靶表面，而通过建立一个与飞镖镖靶完全重合的虚拟靶盘的方式，识别飞镖命中虚拟靶盘位置坐标，从而获得飞镖命中实际镖靶的位置，实现自动智能读靶，受外界因素影响小，计分简单高效，可实现由传统单点飞镖游戏升级为联网对战游戏的物联网智能读靶计分飞镖机。

为实现上述目的，本发明所设计的虚拟镖靶命中坐标识别系统包括镖靶、摄像头、飞镖和处理器；

所述镖靶包括一个实体圆形面和一个与所述实体圆形面同心的处于同一空间平面的虚拟圆形面，所述虚拟圆形面的半径大于等于所述实体圆形面；所述实体圆形面等分有多个用于计分的实体扇区；所述虚拟圆形面等分有与所述多个实体扇区位置对应的多个虚拟扇区；

所述摄像头有多个，多个所述摄像头的镜头轴线与所述虚拟圆形面处于同一空间平面并沿所述虚拟圆形面的周向设置，每个所述摄像头的镜头轴线均沿所述虚拟圆形面的径向设置；

所述处理器与多个所述摄像头电连接；所述处理器根据多个所述摄像头分别同时拍摄的所述飞镖与所述虚拟圆形面的交点计算得出所述飞镖处于所述虚拟圆形面上的坐标。

进一步，所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器电连接的网络通讯模块。

进一步，所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器通过有线或无线连接的显示器。

进一步，所述镖靶命中坐标识别系统还包括沿所述镖靶周向设置的补光灯。

进一步，所述镖靶命中坐标识别系统还包括固定筒；所述固定筒同心设于所述镖靶的圆心面外周；多个所述摄像头沿周向设于所述固定筒内壁。

进一步，所述固定筒的内壁设有白色背景层。

本发明还提出一种虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，包括如下步骤：

S1、沿圆形实体镖靶周向设置至少两个摄像头，并使各个所述摄像头沿径向指向所述实体镖靶圆心；其中，所述实体镖靶上等分有多个实体扇区；

S2、利用飞镖沿所述步骤S1的所述实体镖靶外周插设多个标记点，处理器通过各个摄像头拍摄的标记点建立虚拟镖靶和虚拟扇区，所述虚拟镖靶和虚拟扇区分别与所述实体镖靶和实体扇区重合；其中，所述标记点位于相邻所述实体扇区相交的径向延长线上；

S3、飞镖命中建立的所述实体镖靶时，所述处理器根据各个摄像头拍摄图像分别记录所述飞镖落点对应所述虚拟镖靶的径向坐标，建立对应的一次函数；多个所述一次函数建立二元一次方程并求解得出所述飞镖在所述虚拟镖靶上的落点坐标。

进一步，所述步骤S3还包括所述落点坐标的偏移修正：所述处理器比对所述虚拟镖靶上的落点坐标和所述实体镖靶上的落点坐标，并在各个摄像头拍摄的图像上做标记，记录出虚拟镖靶和实体镖靶不一致的落点坐标，利用修正算法修正虚拟镖靶上的落点坐标使其与实体镖靶上的落点坐标一致。

进一步，多个所述虚拟扇区设定有对应的分值区，所述处理器根据所述飞镖命中的所述虚拟镖靶上的落点坐标，计算所述飞镖命中的得分值。

进一步，所述处理器通过网络通讯模块与云计算机连接；所述云计算机用于存储和分享所述得分值。

本发明的有益效果是：通过在镖靶周向设置多个摄像头，利用摄像头和处理器建立虚拟镖靶并计算得出飞镖落点坐标，从而可实现飞镖落点的自动计分，相比现有传统计分方法而言，计分简单高效，且不受周围环境影响，计分精度高；摄像头设置在镖靶同一平面，节省了空间，缩小了体积。

附图说明

图1为本发明虚拟镖靶命中坐标识别系统的主视图。

图2为图1的立体结构示意图。

图3为图2的爆炸结构示意图。

图4为图1中摄像头与镖靶的结构示意图。

图5为图4中的镖靶上有飞镖时其落点坐标计算的结构示意图。

图6为图5的主视结构示意图。

图中，镖靶1、实体圆形面2、虚拟圆形面3、摄像头4、飞镖5、处理器6、固定筒7、底板8、保护圈9。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1～6所示的一种虚拟镖靶命中坐标识别系统，包括镖靶、摄像头、飞镖和处理器；所述镖靶包括一个实体圆形面和一个与所述实体圆形面同心的处于同一空间平面的虚拟圆形面，所述虚拟圆形面的半径大于等于所述实体圆形面；所述实体圆形面等分有多个用于计分的实体扇区；所述虚拟圆形面等分有与所述多个实体扇区位置对应的多个虚拟扇区；所述摄像头有多个，多个所述摄像头的镜头轴线与所述虚拟圆形面处于同一空间平面并沿所述虚拟圆形面的周向设置，每个所述摄像头的镜头轴线均沿所述虚拟圆形面的径向设置；所述处理器与多个所述摄像头电连接；所述处理器根据多个所述摄像头分别同时拍摄的所述飞镖与所述虚拟圆形面的交点计算得出所述飞镖处于所述虚拟圆形面上的坐标。

所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器电连接的网络通讯模块。利用网络通讯模块可实现多玩家的线上比赛，游戏体验感更好。所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器通过有线或无线连接的显示器。

为了提升摄像头拍摄图像的效果，所述镖靶命中坐标识别系统还包括固定筒；所述固定筒同心设于所述镖靶的圆心面外周；多个所述摄像头沿周向设于所述固定筒内壁，固定筒内设有空腔结构，摄像头和处理器均设置在该空腔结构内。所述固定筒的内壁设有白色背景层或白色涂层。所述镖靶命中坐标识别系统还包括沿所述镖靶周向设置的补光灯。补光灯也可以设置在上述空腔结构内。

虚拟镖靶命中坐标识别系统还包括底板和保护圈；固定筒和镖靶设于底板上。保护圈设于固定筒背对底板的一端。

本实施例的虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，包括如下步骤：

沿圆形实体镖靶(即前述的实体圆形面)周向设置至少两个摄像头，本实施例中摄像头有两个或四个，并使各个所述摄像头沿径向指向所述实体镖靶圆心；其中，所述实体镖靶上等分有多个实体扇区；

利用飞镖沿所述实体镖靶外周插设多个标记点，处理器通过各个摄像头拍摄的标记点建立虚拟镖靶(即前述的虚拟圆形面)和虚拟扇区，所述虚拟镖靶和虚拟扇区分别与所述实体镖靶和实体扇区重合；其中，所述标记点位于相邻所述实体扇区相交的径向延长线上；当然，虚拟镖靶的建立不必须使用飞镖在实体镖靶上扎设，也可以使用其他类似于飞镖的具有尖刺端的杆状件。虚拟镖靶与国际标准实体镖靶的尺寸和分区完全一致。

飞镖命中建立的所述实体镖靶时，所述处理器根据各个摄像头拍摄图像分别记录所述飞镖落点对应所述虚拟镖靶的径向坐标，建立对应的一次函数；多个所述一次函数建立二元一次方程并求解得出所述飞镖在所述虚拟镖靶上的落点坐标。

多个所述虚拟扇区设定有对应的分值区，所述处理器根据所述飞镖命中的所述虚拟镖靶上的落点坐标，计算所述飞镖命中的得分值。所述处理器通过网络通讯模块与云计算机连接；所述云计算机用于存储和分享所述得分值。

假设飞镖在所述虚拟镖靶上的落点坐标为(x，y)，则其中一个摄像头可以建立指向飞镖的y＝ax+b射线，另一个摄像头可以建立指向飞镖的y＝cx+d射线，处理器通过对该两个射线组成的二元一次方程求解，即可得到飞镖在虚拟镖靶上的落点坐标(x，y)，从而可得知该落点坐标对应的虚拟扇区及该虚拟扇区对应的得分值。由于虚拟镖靶与实体镖靶、虚拟扇区和实体扇区重合，因此该得分值与飞镖在实体镖靶上的得分值相同。

具体为，将摄像头捕捉到的飞镖命中实体镖靶的图像进行“语义分割”，识别出镖杆和镖尖，使用opencv进行镖杆和镖尖的轮廓提取并使用矩形框标记。该矩形框的竖直中心线与建立的虚拟镖靶的交点(即虚拟镖靶上的落点坐标)即为飞镖命中实体镖靶的落点坐标。

当实体镖靶上已经存在一支或两支飞镖后，继续有新的飞镖进入实体镖靶时，处理器通过摄像头获取前后两帧图像的区别判断有新的飞镖进入，使用图像增量识别技术抽取出图像变化的部分，即抽取新的飞镖进入实体镖靶的图像，从而得出该新的飞镖的落点坐标。

为了避免出现“藏镖”问题，即两个以上飞镖处于某个摄像头的镜头轴线延长线上，导致该摄像头对后侧的飞镖无法识别出准确的落点坐标，因此，可选用四个摄像头解决这一问题，及四个摄像头组成两组，分别建立一个虚拟镖靶。

本实施例中摄像头优选分辨率在1280x720，fps在10帧/秒以上的尽可能无畸变摄像头。相邻两个摄像头之间的夹角范围在36～108°之间，优选为72～90°。

实体镖靶由于震动、做工、磨损等情况会出现与建立的理想的标准的虚拟镖靶有所出入，因此需要对落点坐标进行偏移修正：所述处理器比对所述虚拟镖靶上的落点坐标和所述实体镖靶上的落点坐标，并在各个摄像头拍摄的图像上做标记，记录出虚拟镖靶和实体镖靶不一致的落点坐标，利用修正算法修正虚拟镖靶上的落点坐标使其与实体镖靶上的落点坐标一致。

落点坐标出现偏移如果由于摄像头畸变造成的，当采用两个摄像头并设定拍摄图像的像素是1280*720时，经过测试，找到该摄像头测量出现错误的点(出现畸变的坐标)，例如第一个摄像头图像水平坐标从大于第m像素出现畸变，第二个摄像头图像水平坐标从大于第n像素出现畸变，那么使用修正算法(程序语句)，在虚拟镖靶得到的落点坐标基础上第一个摄像头的坐标lastX，乘以一个畸变系数(a1)，另一个摄像头的坐标lastY，乘以畸变系数(a2)，以使从出现畸变的像素的位置开始纠正坐标，即可以修正畸变造成的虚拟镖靶落点坐标的误差：

其他各种情况造成的实体镖靶与虚拟镖靶部分或整体不重合造成的虚拟镖靶落点坐标与实体镖靶落点坐标不一致。则只需要在不一致的落点坐标区域将测量得到的落点坐标加上一个参数达到坐标值的平移即可，例如第一个摄像头在第m像素至第n像素出现数值为a的偏差：

if(lastX>m&&lastX<n){

println(s"debug,$lastX")

lastX＝lastX+a

第二个摄像头坐标纠错同理。

因此，即使实体镖靶出现震动、做工、磨损等情况，本系统也可以获取准确的虚拟镖靶落点坐标，从而保证计分的准确性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种虚拟镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：包括镖靶、摄像头、飞镖和处理器；

2.根据权利要求1所述的一种镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器电连接的网络通讯模块。

3.根据权利要求2所述的一种镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：所述镖靶命中坐标识别系统还包括与所述处理器通过有线或无线连接的显示器。

4.根据权利要求1所述的一种镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：所述镖靶命中坐标识别系统还包括沿所述镖靶周向设置的补光灯。

5.根据权利要求1所述的一种镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：所述镖靶命中坐标识别系统还包括固定筒；所述固定筒同心设于所述镖靶的圆心面外周；多个所述摄像头沿周向设于所述固定筒内壁。

6.根据权利要求5所述的一种镖靶命中坐标识别系统，其特征在于：所述固定筒的内壁设有白色背景层。

7.一种虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，其特征在于：所述步骤S3还包括所述落点坐标的偏移修正：所述处理器比对所述虚拟镖靶上的落点坐标和所述实体镖靶上的落点坐标，并在各个摄像头拍摄的图像上做标记，记录出虚拟镖靶和实体镖靶不一致的落点坐标，利用修正算法修正虚拟镖靶上的落点坐标使其与实体镖靶上的落点坐标一致。

9.根据权利要求8所述的一种虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，其特征在于：多个所述虚拟扇区设定有对应的分值区，所述处理器根据所述飞镖命中的所述虚拟镖靶上的落点坐标，计算所述飞镖命中的得分值。

10.根据权利要求9所述的一种虚拟镖靶命中坐标识别系统的建立方法，其特征在于：所述处理器通过网络通讯模块与云计算机连接；所述云计算机用于存储和分享所述得分值。