弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，首先，進(jìn)行報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，通過(guò)調(diào)整報(bào)靶系統(tǒng)中的第一攝像頭、第二攝像頭，使視頻圖像處理設(shè)備所顯示的箭靶成像直線與攝像頭視野水平中心線相互平行；然后，構(gòu)建第一直角坐標(biāo)系、第二直角坐標(biāo)系，在第一直角坐標(biāo)系中構(gòu)建第一直線方程，在第二直角坐標(biāo)系中構(gòu)建第二直線方程；通過(guò)坐標(biāo)變換，將第一直線方程、第二直線方程統(tǒng)一到同一直角坐標(biāo)系中，得到實(shí)際著箭點(diǎn)坐標(biāo)，最后，計(jì)算實(shí)際著箭點(diǎn)與第一輔助定位件之間的直線距離，將其與箭靶每環(huán)的間距比較后確定該箭報(bào)靶成績(jī)。由于采用弧形投影原理來(lái)確定著箭點(diǎn)的實(shí)際位置，進(jìn)而測(cè)算出報(bào)靶成績(jī)，提高了報(bào)靶精準(zhǔn)度，并且實(shí)施成本低。
【專利說(shuō)明】
弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及弓箭報(bào)靶技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法。【背景技術(shù)】
[0002]目前，弓箭作為國(guó)內(nèi)新流行運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，正越來(lái)越受到大眾的關(guān)注和喜愛(ài)。但是，弓箭箭靶的讀數(shù)由于箭入靶深淺程度的不同、箭始終立在箭靶上等特殊情況，導(dǎo)致其讀數(shù)報(bào)靶存在很大的難度，因此，弓箭報(bào)靶的準(zhǔn)確率一直是個(gè)難題。
[0003]傳統(tǒng)的弓箭報(bào)靶方法有圖像掃描報(bào)靶、紅外線報(bào)靶、超聲波報(bào)靶等多種方法，在圖像掃描報(bào)靶方法中，通常是采用箭根部二維掃描法。在箭根部二維掃描法中，傳統(tǒng)的方法是將著箭點(diǎn)在箭靶上的投影理解成是在過(guò)靶心且垂直于靶心與攝像頭連線的直線上呈均勻像素分布，這種讀數(shù)報(bào)靶方法，容易造成像素比例的失調(diào)，不能真實(shí)地反映著箭點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)位置，導(dǎo)致報(bào)靶的準(zhǔn)確率比較差。而準(zhǔn)確率較高的報(bào)靶系統(tǒng)，往往采用其它原理，并且造價(jià)相當(dāng)昂貴。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，提高報(bào)靶的準(zhǔn)確率。
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，包括如下步驟:
[0006]首先，報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試;在箭靶靶平面同一側(cè)固定第一攝像頭、第二攝像頭，在箭靶靶平面上固定有垂直于靶平面的第一輔助定位件、第二輔助定位件和第三輔助定位件，且第一輔助定位件位于箭靶的靶心處，所述第一輔助定位件和第二輔助定位件位于以第一攝像頭定位點(diǎn)為圓心的同一圓周上，所述第三輔助定位件和第一輔助定位件位于以第二攝像頭定位點(diǎn)為圓心的同一圓周上，所述第一攝像頭、第二攝像頭所獲取的視頻圖像均輸出至視頻圖像處理設(shè)備中，調(diào)整第一攝像頭、第二攝像頭，使視頻圖像處理設(shè)備所顯示的箭靶成像直線與攝像頭視野水平中心線相互平行；
[0007]其次，測(cè)量第一攝像頭分別與第一輔助定位件、第二輔助定位件之間的直線距離以及第一輔助定位件與第二輔助定位件之間的直線距離，測(cè)量第二攝像頭分別與第三輔助定位件、第一輔助定位件之間的直線距離以及第三輔助定位件與第一輔助定位件之間的直線距離；
[0008]然后，構(gòu)建第一直角坐標(biāo)系、第二直角坐標(biāo)系，在第一直角坐標(biāo)系中構(gòu)建通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的第一直線方程，在第二直角坐標(biāo)系中構(gòu)建通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的第二直線方程，所述第一直角坐標(biāo)系、第二直角坐標(biāo)系分別以第一攝像頭定位點(diǎn)、第二攝像頭定位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，其 Y軸均通過(guò)第一輔助定位件頂端點(diǎn)，計(jì)算第一攝像頭分別與第一輔助定位件、第二輔助定位件連線之間的夾角，記為a，計(jì)算第二攝像頭分別與第三輔助定位件、第一輔助定位件連線之間的夾角，記為比所述第一直線方程的斜率為tanal，所述第二直線方程的斜率為tanPl， 其中，al=Cl*a，m=C2祁，所述C1、C2的計(jì)算過(guò)程是:
[0009]打開(kāi)第一攝像頭對(duì)箭靶靶平面循環(huán)掃描，視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，捕捉第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視野水平中心線位置上的像素顏色變化的點(diǎn)，根據(jù)該像素顏色變化的點(diǎn)分別相對(duì)于第一輔助定位件、第二輔助定位件的像素橫坐標(biāo)差的比值即為C1;
[0010]打開(kāi)第二攝像頭對(duì)箭靶靶平面循環(huán)掃描，視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，捕捉第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視野水平中心線位置上的像素顏色變化的點(diǎn)，根據(jù)該像素顏色變化的點(diǎn)分別相對(duì)于第一輔助定位件、第三輔助定位件的像素橫坐標(biāo)差的比值即為C2;
[0011]接下來(lái)，通過(guò)坐標(biāo)變換，將第一直線方程轉(zhuǎn)換為第二直角坐標(biāo)系下的第三直線方程，聯(lián)解該第三直線方程與第二直線方程，得到實(shí)際著箭點(diǎn)坐標(biāo);或者將第二直線方程轉(zhuǎn)換為第一直角坐標(biāo)系下的第三直線方程，聯(lián)解該第三直線方程與第一直線方程，得到實(shí)際著箭點(diǎn)坐標(biāo)；
[0012]最后，計(jì)算實(shí)際著箭點(diǎn)與第一輔助定位件之間的直線距離，將其與箭靶每環(huán)的間距進(jìn)行比較，確定該箭的報(bào)靶成績(jī)。
[0013]優(yōu)選地，在調(diào)整第一攝像頭、第二攝像頭時(shí)，使視頻圖像處理設(shè)備所顯示的箭靶成像直線與攝像頭視野水平中心線之間的垂直像素坐標(biāo)差為5-20個(gè)像素。[〇〇14]優(yōu)選地，所述的攝像頭視野水平中心線是通過(guò)等高的第一輔助定位件、第二輔助定位件、第三輔助定位件在視頻圖像處理設(shè)備中所顯示出的成像線段的頂端點(diǎn)確定;或者是通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備計(jì)算攝像頭成像視野平面上的像素點(diǎn)在垂直方向上的平均分布而確定。
[0015]優(yōu)選地，所述的a值、0值根據(jù)余弦定理計(jì)算出。
[0016]優(yōu)選地，所述的a值、m直在報(bào)靶過(guò)程中，通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備運(yùn)行專用計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算。
[0017]優(yōu)選地，所述的視頻圖像處理設(shè)備采用PC，或者智能手機(jī)，或者平板，或者單片機(jī)。 [〇〇18]優(yōu)選地，所述的第一攝像頭、第二攝像頭進(jìn)行循環(huán)掃描拍照時(shí)，所輸出的第二時(shí)間圖片與第一時(shí)間圖片的時(shí)間間隔預(yù)設(shè)為〇.5-3秒。
[0019]優(yōu)選地，所述的第一攝像頭、第二攝像頭采用分辨率、焦距均一致的攝像頭。
[0020]優(yōu)選地，所述的第一輔助定位件、第二輔助定位件、第三輔助定位件采用圓柱形件。
[0021]優(yōu)選地，所述的第一攝像頭、第二攝像頭分別與第一輔助定位件之間連線所形成的夾角設(shè)計(jì)為90 ±10度。[〇〇22]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)采用弧形投影原理，實(shí)際著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的正投影在以攝像頭為圓心、以攝像頭至靶心在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)之間的直線距離為半徑的圓弧線上的投影在該圓弧線上是按角度呈均勻像素分布，該實(shí)際著箭點(diǎn)對(duì)靶心偏移的程度與捕獲到的攝像頭視頻圖像上著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)橫坐標(biāo)像素對(duì)靶心在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)橫坐標(biāo)像素的偏移程度成正比關(guān)系。因此，根據(jù)“實(shí)際著箭點(diǎn)的投影在圓弧線上像素均勻分布”原理，可以確定出過(guò)攝像頭和投影點(diǎn)的直線方程，通過(guò)聯(lián)解兩直線方程來(lái)計(jì)算著箭點(diǎn)的實(shí)際位置，最后通過(guò)著箭點(diǎn)的實(shí)際位置離靶心的直線距離，來(lái)測(cè)算出本次射擊的報(bào)靶成績(jī)，從而提高了報(bào)靶精準(zhǔn)度，并且本發(fā)明的報(bào)靶系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)單，實(shí)施成本低，具有很好的經(jīng)濟(jì)適用性?！靖綀D說(shuō)明】
[0023]圖1為弓箭圖像掃描報(bào)靶系統(tǒng)的構(gòu)造圖(主視圖)。
[0024]圖2為弓箭圖像掃描報(bào)靶系統(tǒng)的構(gòu)造圖(側(cè)視圖)。
[0025]圖3為本發(fā)明弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法的原理圖。
[0026]圖4為本發(fā)明弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法的處理流程圖。[〇〇27]圖5為弓箭圖像掃描報(bào)靶系統(tǒng)在攝像頭視野中的投影原理圖(第三輔助定位件未示出)。[〇〇28]圖中標(biāo)記:1 _第一攝像頭，2-第二攝像頭，3-第二圓弧線，4-箭靶，5-第一輔助定位件，6-第二輔助定位件，7-第一圓弧線，8-第三輔助定位件，9-攝像頭視野水平中心線，10-箭靶的靶平面在攝像頭視野中的成像直線?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇29]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其中的圖像掃描采用箭根部二維圖像掃描定位。如圖4所示，其具體步驟包括如下:
[0031]第1步，報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。所述報(bào)靶系統(tǒng)包括第一攝像頭1、第二攝像頭2、箭靶4、第一輔助定位件5、第二輔助定位件6、第三輔助定位件8和視頻圖像處理設(shè)備。具體安裝時(shí)，分別固定第一攝像頭1、第二攝像頭2、箭靶4的安裝定位位置，并使第一攝像頭1、第二攝像頭2均位于箭靶4的靶平面的同一側(cè)，兩者連線在箭靶4外沿之外，所述的第一攝像頭1、 第二攝像頭2所獲取的視頻圖像均輸出至視頻圖像處理設(shè)備中，在視頻圖像處理設(shè)備上所顯示的攝像頭成像視野平面上設(shè)定水平中心線作為攝像頭視野水平中心線9,所述攝像頭視野水平中心線9也可以通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備計(jì)算攝像頭成像視野平面上的像素點(diǎn)在垂直方向上的平均分布而確定，如圖1、圖3、圖5所示。[〇〇32]然后，對(duì)第一攝像頭1進(jìn)行調(diào)整，使箭靶4在第一攝像頭1的成像視野中顯示為一條水平直線，該水平直線即為箭靶4的靶平面在第一攝像頭1視野中的成像直線10，并且，使所述的成像直線10位于攝像頭視野水平中心線9下方且與攝像頭視野水平中心線9相互平行； 同樣地，對(duì)第二攝像頭2進(jìn)行調(diào)整，使箭靶4在第二攝像頭2的成像視野中也顯示為一條水平直線，并使該水平直線與上述的成像直線10重合，即箭靶4的靶平面在第二攝像頭2視野中的成像也是上述的成像直線10,如圖5所示。此時(shí)，第一攝像頭1、第二攝像頭2的鏡頭處于同一個(gè)平面上，并且，該平面與箭靶4的靶平面相互平行。[〇〇33]在視頻圖像處理設(shè)備上所顯示的攝像頭成像視野平面中，由于攝像頭視野水平中心線9與所述成像直線10相互平行且均呈水平狀態(tài)，因此，兩者之間的距離可以用垂直方向上的像素坐標(biāo)的差值來(lái)表示。通過(guò)上述對(duì)第一攝像頭1、第二攝像頭2的調(diào)整，使所述的攝像頭視野水平中心線9與所述成像直線10之間的垂直像素坐標(biāo)差為5-20個(gè)像素。在第一攝像頭1、第二攝像頭2捕獲的圖像中，讓來(lái)箭方向?yàn)閿z像頭視野的從上至下方向，即在攝像頭圖像中，實(shí)物箭靶4的靶正面朝上。[〇〇34]如圖1、圖2、圖3所示，在箭靶4的靶心0點(diǎn)處固定第一輔助定位件5,該第一輔助定位件5與箭靶4的靶平面相互垂直，此時(shí)，其在每個(gè)攝像頭視野中均顯示為一條線段， 該亇點(diǎn)即為第一輔助定位件5的底端點(diǎn)0點(diǎn)在攝像頭視野平面上的正投影點(diǎn)，該01'點(diǎn)即為第一輔助定位件5的頂端點(diǎn)01點(diǎn)在攝像頭視野平面上的正投影點(diǎn)。對(duì)第一攝像頭1、第二攝像頭2進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，使該0V點(diǎn)處于攝像頭視野水平中心線9上，如圖5所示。
[0035]在固定好第一攝像頭1、第二攝像頭2、箭靶4后，將第一攝像頭1的鏡頭定位坐標(biāo)點(diǎn)記為P1點(diǎn)，將第二攝像頭2的鏡頭定位坐標(biāo)點(diǎn)記為P2點(diǎn)。以P1點(diǎn)為圓心，以線段0P1長(zhǎng)度為半徑畫圓弧，該圓弧線與箭靶4外環(huán)外沿之間的交點(diǎn)為B11點(diǎn)，在B11點(diǎn)處固定第二輔助定位件 6;同樣地，以P2點(diǎn)為圓心，以線段0P2為半徑畫圓弧，該圓弧線與箭靶4外環(huán)外沿之間的交點(diǎn)為B21點(diǎn)，在B21點(diǎn)處固定第三輔助定位件8。所述的第二輔助定位件6、第三輔助定位件8與第一輔助定位件5等高，且分別與箭靶4的靶平面相互垂直，如圖1、圖2、圖3所示。與第一輔助定位件5類似，所述第二輔助定位件6在攝像頭視野中顯示為一條線段Bl'Bll'，所述第三輔助定位件8在攝像頭視野中也顯示為一條線段B2121'，其中的B1'點(diǎn)、B2'點(diǎn)均處于攝像頭視野水平中心線9上，如圖5所示。由P1點(diǎn)、P2點(diǎn)、0點(diǎn)這三點(diǎn)共同形成了一個(gè)三角形，如圖1 所示。至此，報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試完成。
[0036]第2步，相關(guān)位置參數(shù)的確定。在報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試完成之后，分別測(cè)定0點(diǎn)與 P1點(diǎn)之間、0點(diǎn)與P2點(diǎn)之間、P1點(diǎn)與P2點(diǎn)之間的直線實(shí)際距離，即線段0P1、線段0P2、線段 P1P2的長(zhǎng)度，同時(shí)測(cè)定箭靶4的靶心到外環(huán)的直線實(shí)際距離，即線段0B11、線段0B21的長(zhǎng)度。 由于線段0P1長(zhǎng)度等于線段B11P1長(zhǎng)度，線段0P2長(zhǎng)度等于線段B21P2長(zhǎng)度，因此，根據(jù)余弦定理可以求出線段B11P1與線段0P1之間的夾角ZB11P10,記為a;同樣地，根據(jù)余弦定理也可以求出線段B21P2與線段0P2之間的夾角ZB21P20,記為0，如圖1所示。另外，所述的a值、利直在報(bào)靶過(guò)程中，也可以由視頻圖像處理設(shè)備運(yùn)行專用計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算。
[0037]第3步，分別以P1點(diǎn)、P2點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立兩個(gè)直角坐標(biāo)系。具體地，以P1點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在由P1點(diǎn)、01點(diǎn)、B1點(diǎn)這3點(diǎn)所確定的平面上建立第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1，且Y1軸通過(guò) 〇 1點(diǎn)；同樣地，以P2點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在由P2點(diǎn)、01點(diǎn)、B2點(diǎn)這3點(diǎn)所確定的平面上建立第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2,且Y2軸也通過(guò)01點(diǎn)，如圖3所示。這里，所述的第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1所在平面與第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2所在平面相互重合，其在視頻圖像處理設(shè)備所顯示的攝像頭成像視野平面上即形成了所述的攝像頭視野水平中心線9。將第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1所在平面、第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2所在平面定義為坐標(biāo)平面，下同。
[0038]在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1中，以P1點(diǎn)為圓心，以線段01P1長(zhǎng)度為半徑畫圓弧，得到第一圓弧線7,所述第一圓弧線7與箭靶4外環(huán)外沿在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1平面上的正投影之間的交點(diǎn)即為B1點(diǎn)，同樣地，在第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2中，以P2為圓心，以線段01P2為半徑畫圓弧，得到第二圓弧線3,所述第二圓弧線3與箭靶4外環(huán)外沿在第二直角坐標(biāo)系 X2P2Y2平面上的正投影之間的交點(diǎn)即為B2點(diǎn)。根據(jù)正投影原理，線段01P1長(zhǎng)度等于線段0P1 長(zhǎng)度，線段01P2長(zhǎng)度等于線段0P2長(zhǎng)度，線段01B1長(zhǎng)度等于線段0B11長(zhǎng)度，線段01B2長(zhǎng)度等于線段0B21長(zhǎng)度。因此，在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1、第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2所在平面上，線段B1P1與線段01P1之間的夾角ZB1P101也為a;同樣地，線段B2P2與線段01P2之間的夾角Z B2P201也為，如圖3所示。通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備在攝像頭視頻圖像上測(cè)出01點(diǎn)、B1點(diǎn)、B2 點(diǎn)在攝像頭圖像中所分別對(duì)應(yīng)的0V點(diǎn)、B1'點(diǎn)、B2'點(diǎn)的像素橫坐標(biāo)，并作為固定參數(shù)備用。
[0039]第4步，通過(guò)第一攝像頭1、第二攝像頭2以固定的頻率對(duì)箭靶4的靶平面進(jìn)行循環(huán)拍照，所述第一攝像頭1、第二攝像頭2獲取的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片均輸出至視頻圖像處理設(shè)備中。所述視頻圖像處理設(shè)備對(duì)捕獲到的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行分析， 判斷第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視野水平中心線9位置上有無(wú)像素顏色變化的點(diǎn)，如果有，說(shuō)明有箭落到箭靶4的靶平面上，且該像素顏色變化的點(diǎn)即為實(shí)際著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的投影點(diǎn)；如果沒(méi)有，第一攝像頭1、第二攝像頭2重新對(duì)箭靶4的靶平面進(jìn)行循環(huán)拍照。在第一攝像頭1、第二攝像頭2進(jìn)行拍照時(shí)，第二時(shí)間圖片與第一時(shí)間圖片的時(shí)間間隔一般預(yù)設(shè)為0.5-3秒。
[0040]具體地，在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1中，所述的視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的且由第一攝像頭1輸出的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，判斷第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視野水平中心線9位置上有無(wú)像素顏色變化的點(diǎn)。如果有，說(shuō)明箭靶4上有箭落靶，該像素顏色變化的點(diǎn)即對(duì)應(yīng)實(shí)際著箭點(diǎn)在第一圓弧線7上的投影點(diǎn)，即如圖3所示的A1點(diǎn)。[〇〇41]在第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2中，所述的視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的且由第二攝像頭2輸出的第一時(shí)間圖片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，判斷第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視野水平中心線9位置上有無(wú)像素顏色變化的點(diǎn)。如果有，說(shuō)明箭靶4上有箭落靶，該像素顏色變化的點(diǎn)即對(duì)應(yīng)實(shí)際著箭點(diǎn)在第二圓弧線3上的投影點(diǎn)，即如圖3所示的A2點(diǎn)。
[0042]根據(jù)“以攝像頭為圓心的圓上，相同寬度的物體圖形像素橫坐標(biāo)占用相等”的視覺(jué)基本原理，如圖5所示，第一攝像頭1輸出圖像中，01'點(diǎn)、A1點(diǎn)的像素橫坐標(biāo)差與Ol'Bl'點(diǎn)的像素橫坐標(biāo)差的比值即為如圖3所示的圓弧線段01A1與圓弧線段01B1的比值，該比值記為C1;同理，第二攝像頭2輸出圖像中，01'點(diǎn)、A2點(diǎn)的像素橫坐標(biāo)差與點(diǎn)的像素橫坐標(biāo)差的比值即為如圖3所示的圓弧線段01A2與圓弧線段01B2的比值，該比值記為C2。于是， 就有:[〇〇43] a 1 = Cl*a ;(其中的表示相乘，下同)
[0044]m=C2 祁。
[0045]在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1中，建立通過(guò)P1點(diǎn)、A1點(diǎn)的第一直線方程，該第一直線方程的斜率即為tanal。同樣地，在第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2中，建立通過(guò)P2點(diǎn)、A2點(diǎn)的第二直線方程，該第二直線方程的斜率即為tanW。
[0046]第5步，通過(guò)坐標(biāo)變換，將上述的第二直線方程表示為第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1下的直線方程，記為第三直線方程。[〇〇47]第6步，聯(lián)解上述的第一直線方程、第三直線方程，得出該兩直線的交點(diǎn)坐標(biāo)，該交點(diǎn)坐標(biāo)即為箭靶4上的實(shí)際著箭點(diǎn)在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1平面上的投影點(diǎn)A點(diǎn)的坐標(biāo)。如圖3所示，在第一直角坐標(biāo)系X1P1Y1中，由于P1點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)，S卩？1&10,710)=?1(0,0)，因此，當(dāng)測(cè)量出01點(diǎn)與P1點(diǎn)之間的直線實(shí)際距離，并將該距離記為a以后，即有01(x0，y0)=01 (〇，a)，也就說(shuō)01點(diǎn)坐標(biāo)為已知。
[0048]由于A點(diǎn)、01點(diǎn)坐標(biāo)均為已知，就可以計(jì)算出A點(diǎn)與01點(diǎn)的直線距離，由于所述的坐標(biāo)平面與箭靶4的靶平面之間的距離很小，因此可以忽略由于箭未垂直插入箭靶4而帶來(lái)的位置偏移，從而可以認(rèn)為，此時(shí)A點(diǎn)與01點(diǎn)的直線距離就是實(shí)際著箭點(diǎn)與箭靶4的靶心0點(diǎn)之間的直線距離，將其與箭靶4每環(huán)的間距進(jìn)行比較，從而可以確定出該箭的報(bào)靶成績(jī)。
[0049]值得提醒的是，如圖5所示的攝像頭視野水平中心線9與箭靶4的靶平面在攝像頭視野中的成像直線10之間的差值越小，報(bào)靶精度就越高；同時(shí)，為了能讀出像素變化，所述的攝像頭視野水平中心線9必須在箭靶4的靶平面在攝像頭視野中的成像直線10的上方，并且兩者之間的垂直距離不能為零。
[0050]本發(fā)明對(duì)于報(bào)靶成績(jī)判定原理是:通過(guò)兩個(gè)攝像頭在同一個(gè)平面內(nèi)分別建立兩個(gè)直角坐標(biāo)系，分別建立過(guò)攝像頭和真實(shí)著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面內(nèi)的正投影點(diǎn)在弧線上的投影點(diǎn)的直線方程，然后通過(guò)平面內(nèi)的坐標(biāo)變換，將第二直線方程表示為在第一個(gè)直角坐標(biāo)系下的直線方程，即第三直線方程，最后聯(lián)解第一、第三這兩個(gè)直線方程，方程的解即是實(shí)際著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的投影點(diǎn)的位置。然后，計(jì)算出該實(shí)際著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的投影點(diǎn)位置與靶心在坐標(biāo)平面上的投影點(diǎn)之間的直線距離，再根據(jù)正投影原理，即可確定出該實(shí)際著箭點(diǎn)至箭靶靶心的直線距離，通過(guò)將該直線距離與箭靶上每環(huán)的間距進(jìn)行比較，便可計(jì)算出本次報(bào)靶的成績(jī)。
[0051]本發(fā)明采用了弧形投影原理，即實(shí)際著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的正投影在以攝像頭為圓心、以攝像頭至靶心在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)之間的直線距離為半徑的圓弧線上的投影在該圓弧線上是按角度呈均勻像素分布，該實(shí)際著箭點(diǎn)對(duì)靶心偏移的程度與捕獲到的攝像頭視頻圖像上著箭點(diǎn)在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)橫坐標(biāo)像素對(duì)靶心在坐標(biāo)平面上的正投影點(diǎn)橫坐標(biāo)像素的偏移程度成正比關(guān)系。因此，根據(jù)“實(shí)際著箭點(diǎn)的投影在圓弧線上像素均勻分布”原理，求得實(shí)際偏移角，從而得出過(guò)攝像頭和投影點(diǎn)的直線方程，通過(guò)聯(lián)解兩直線方程來(lái)計(jì)算著箭點(diǎn)的實(shí)際位置，最后通過(guò)著箭點(diǎn)的實(shí)際位置離靶心的直線距離，測(cè)算出本次射擊的報(bào)革E成績(jī)。[〇〇52]經(jīng)反復(fù)實(shí)踐證明，本發(fā)明不僅經(jīng)濟(jì)適用，而且報(bào)靶精準(zhǔn)度高。[〇〇53]需要說(shuō)明的是，在上述第5步中，通過(guò)坐標(biāo)變換，也可以將第一直線方程表示為第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2下的直線方程，即第三直線方程。只不過(guò)，在第6步中，就需要聯(lián)解上述的第二直線方程、第三直線方程，來(lái)得出該兩直線的交點(diǎn)坐標(biāo)，該交點(diǎn)坐標(biāo)即為第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2下的著箭點(diǎn)A點(diǎn)。如圖3所示，在第二直角坐標(biāo)系X2P2Y2中，由于P2點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)，即？2&20,720)=?2(0,0)，因此，在測(cè)量出01點(diǎn)與？2點(diǎn)之間的直線距離，并將該距離記為b以后，即有01(如，70)=01(0，13)。由于4點(diǎn)、01點(diǎn)坐標(biāo)均為已知，也就可以計(jì)算出著箭點(diǎn)八點(diǎn)至靶心0點(diǎn)之間的實(shí)際距離，將其與箭靶4上每環(huán)的間距進(jìn)行比較，從而確定出該箭的報(bào)靶成績(jī)。[〇〇54]為了更好地保證報(bào)靶成績(jī)的準(zhǔn)確度，在圖1中，線段0P1與線段0P2之間的夾角最好設(shè)計(jì)為90 ±10度。
[0055]另外，上述的計(jì)算過(guò)程也可以由視頻圖像處理設(shè)備通過(guò)運(yùn)行專用計(jì)算程序計(jì)算出來(lái)，所述視頻圖像處理設(shè)備可以采用PC、智能手機(jī)、平板、單片機(jī)，等等，以提高射箭報(bào)靶的智能化水平和報(bào)靶準(zhǔn)確率。
[0056]為了編程更加簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，其中的第一攝像頭1、第二攝像頭2采用分辨率、焦距等參數(shù)均一致的攝像頭。
[0057]另外，所述的第一輔助定位件5、第二輔助定位件6、第三輔助定位件8最好是采用鐵釘、銅絲等圓柱形件，其直徑越小越好，這樣可以使得輔助定位件在攝像頭視野中的成像寬度盡量小，以便于成像點(diǎn)的位置確定，有利于提高報(bào)靶成績(jī)的準(zhǔn)確度。有必要指出的是，由于第一輔助定位件5、第二輔助定位件6、第三輔助定位件8等高，其在視頻圖像處理設(shè)備中所顯示出的對(duì)應(yīng)的3條線段也是等高，由這3條等高線段的頂端點(diǎn)也可以確定出所述的攝像頭視野水平中心線9，如圖5所示。
[0058]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在于:包括如下步驟:首先，報(bào)靶系統(tǒng)的安裝與調(diào)試;在箭靶靶平面同一側(cè)固定第一攝像頭、第二攝像頭，在 箭靶靶平面上固定有垂直于靶平面的第一輔助定位件、第二輔助定位件和第三輔助定位 件，且第一輔助定位件位于箭靶的靶心處，所述第一輔助定位件和第二輔助定位件位于以 第一攝像頭定位點(diǎn)為圓心的同一圓周上，所述第三輔助定位件和第一輔助定位件位于以第 二攝像頭定位點(diǎn)為圓心的同一圓周上，所述第一攝像頭、第二攝像頭所獲取的視頻圖像均 輸出至視頻圖像處理設(shè)備中，調(diào)整第一攝像頭、第二攝像頭，使視頻圖像處理設(shè)備所顯示的 箭靶成像直線與攝像頭視野水平中心線相互平行；其次，測(cè)量第一攝像頭分別與第一輔助定位件、第二輔助定位件之間的直線距離以及 第一輔助定位件與第二輔助定位件之間的直線距離，測(cè)量第二攝像頭分別與第三輔助定位 件、第一輔助定位件之間的直線距離以及第三輔助定位件與第一輔助定位件之間的直線距 離；然后，構(gòu)建第一直角坐標(biāo)系、第二直角坐標(biāo)系，在第一直角坐標(biāo)系中構(gòu)建通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn) 的第一直線方程，在第二直角坐標(biāo)系中構(gòu)建通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的第二直線方程，所述第一直角 坐標(biāo)系、第二直角坐標(biāo)系分別以第一攝像頭定位點(diǎn)、第二攝像頭定位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，其Y軸 均通過(guò)第一輔助定位件頂端點(diǎn)，計(jì)算第一攝像頭分別與第一輔助定位件、第二輔助定位件 連線之間的夾角，記為a，計(jì)算第二攝像頭分別與第三輔助定位件、第一輔助定位件連線之 間的夾角，記為比所述第一直線方程的斜率為tanal，所述第二直線方程的斜率為tanm，其 中，〇1=(:1*(1，01=〇2祁，所述(]1、〇2的計(jì)算過(guò)程是:打開(kāi)第一攝像頭對(duì)箭靶靶平面循環(huán)掃描，視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的第一時(shí)間圖 片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，捕捉第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視 野水平中心線位置上的像素顏色變化的點(diǎn)，根據(jù)該像素顏色變化的點(diǎn)分別相對(duì)于第一輔助 定位件、第二輔助定位件的像素橫坐標(biāo)差的比值即為C1;打開(kāi)第二攝像頭對(duì)箭靶靶平面循環(huán)掃描，視頻圖像處理設(shè)備對(duì)接收到的第一時(shí)間圖 片、第二時(shí)間圖片進(jìn)行圖像對(duì)比分析，捕捉第二時(shí)間圖片相對(duì)于第一時(shí)間圖片在攝像頭視 野水平中心線位置上的像素顏色變化的點(diǎn)，根據(jù)該像素顏色變化的點(diǎn)分別相對(duì)于第一輔助 定位件、第三輔助定位件的像素橫坐標(biāo)差的比值即為C2;接下來(lái)，通過(guò)坐標(biāo)變換，將第一直線方程轉(zhuǎn)換為第二直角坐標(biāo)系下的第三直線方程，聯(lián) 解該第三直線方程與第二直線方程，得到實(shí)際著箭點(diǎn)坐標(biāo);或者將第二直線方程轉(zhuǎn)換為第 一直角坐標(biāo)系下的第三直線方程，聯(lián)解該第三直線方程與第一直線方程，得到實(shí)際著箭點(diǎn) 坐標(biāo)；最后，計(jì)算實(shí)際著箭點(diǎn)與第一輔助定位件之間的直線距離，將其與箭靶每環(huán)的間距進(jìn) 行比較，確定該箭的報(bào)靶成績(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在于:在調(diào) 整第一攝像頭、第二攝像頭時(shí)，使視頻圖像處理設(shè)備所顯示的箭靶成像直線與攝像頭視野 水平中心線之間的垂直像素坐標(biāo)差為5-20個(gè)像素。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在 于:所述的攝像頭視野水平中心線是通過(guò)等高的第一輔助定位件、第二輔助定位件、第三輔 助定位件在視頻圖像處理設(shè)備中所顯示出的成像線段的頂端點(diǎn)確定;或者是通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備計(jì)算攝像頭成像視野平面上的像素點(diǎn)在垂直方向上的平均分布而確定。4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在 于:所述的a值、0值根據(jù)余弦定理計(jì)算出。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在于:所述 的a值、m直在報(bào)靶過(guò)程中，通過(guò)視頻圖像處理設(shè)備運(yùn)行專用計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在于:所述 的視頻圖像處理設(shè)備采用PC，或者智能手機(jī)，或者平板，或者單片機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在 于:所述的第一攝像頭、第二攝像頭進(jìn)行循環(huán)掃描拍照時(shí)，所輸出的第二時(shí)間圖片與第一時(shí) 間圖片的時(shí)間間隔預(yù)設(shè)為〇.5-3秒。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在于:所述 的第一攝像頭、第二攝像頭采用分辨率、焦距均一致的攝像頭。9.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在 于:所述的第一輔助定位件、第二輔助定位件、第三輔助定位件采用圓柱形件。10.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的弓箭圖像掃描報(bào)靶中提高報(bào)靶精度的方法，其特征在 于:所述的第一攝像頭、第二攝像頭分別與第一輔助定位件之間連線所形成的夾角設(shè)計(jì)為 90±10 度。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105957089SQ201610318116
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】周紅陽(yáng)
【申請(qǐng)人】四川奇賽科技有限責(zé)任公司