一種基于圖像處理的觸摸點光學定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種光學定位方法，特別是指一種成本低、能準確快速定位觸摸位置的基于圖像處理的觸摸點光學定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于攝像頭的測量定位目前已在各個行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，通過攝像頭在保證精度的同時，可準確快速定位觸摸屏的觸摸的位置。
[0003]目前的紅外校準技術(shù)，大都通過人機交互的點擊校準，一般是進入校準模式后，觸摸屏在顯示器上給出校準靶標，然后校準人員通過手或者其他觸摸物體進行點擊，但采用這種方式，觸摸屏獲得的校準觸摸點精度比較低；為了改進這種校準方式，采用了成本比較高的大型校準設(shè)備，如采用雕刻機或者其他設(shè)備，保證點擊精度，為了能更精確的點擊到目標校準點，運用了圖像處理等識別技術(shù)，但同時又進一步增加了成本，并且這種類似雕刻機的校準設(shè)備，太笨拙，校準效率低，不能滿足生產(chǎn)線上高生產(chǎn)效率的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種成本低、且能準確快速定位觸摸位置的基于圖像處理的觸摸點光學定位方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供基于圖像處理的觸摸點光學定位方法，該方法包括有如下步驟:
步驟一、進行攝像頭標定，計算攝像頭外部參數(shù)，該外部參數(shù)為圖像坐標系與世界坐標系的相對物理位置和測量的尺度比例關(guān)系，該步驟一具體包括:
(1)利用程序生成一個校準模板；
(2)對校準模板的圖像進行預(yù)處理，去除噪聲；
(3)分析攝像頭和世界坐標系關(guān)系，得出圖像坐標系與世界坐標系的測量的尺度比例Scale與攝像頭視野中心實際偏移量；
步驟二、進行攝像頭測量，其具體實施步驟為:
(O生成一副含有方向的另一校準模板圖像；
(2)進行圖像預(yù)處理，去除噪聲，排除工裝結(jié)構(gòu)漏光導致的目標干擾問題；
(3)目標提取,尋找該校準模板的中心Center(centerX, centerY)；
(4)攝像頭姿態(tài)估計，尋找校準過程中的參考正方向；
(5)根據(jù)參考正方向與攝像頭標定中得出的圖像坐標系與世界坐標系的測量的尺度比例Scale及攝像頭視野中心實際偏移量，輸出實際的觸摸點的真實物理位置。
[0006]在所述步驟一的(I)中，該校準模板上設(shè)有等間距且沿直線排列的大小相同的多個標記圓點，并計算模板上實際兩個標記圓點中心之間的距離DistReal。
[0007]所述步驟一的(3)具體包括:
1、判斷攝像頭的姿態(tài)，在工裝校正時，得到工裝的位置信息ImgC (positonX,positonY),該ImgC為圖像的中心；
I1、姿態(tài)分析:尋找圖像中校準模板的標記圓點的中心，對多個中心進行直線擬合，并判斷對應(yīng)擬合出來的直線與水平軸的夾角；
II1、模板中心提取:根據(jù)上述步驟II中計算出的各個標記圓點的中心圖像坐標，求取平均值，得出校準模板的中心CXscreenCenterX, screenCenterY),同時計算圖像中相鄰兩個標記圓點的中心之間的距離，各距離平均值作為最終圖像上的兩個標記圓點中心之間的距離 DistImg ；
IV、判斷圖像中心ImgC與校正模板的中心C的位置與所擬合的直線的位置關(guān)系，計算圖像坐標系下的ImgC相對于C的偏移(deltaX’, deltaY’ )；
V、將DistReal與DistImg之間的比例Scale作為圖像坐標系與世界坐標系的尺度比例關(guān)系，根據(jù)ImgC相對于C的偏移(deltaX’, deltaY’ ),計算出最終世界坐標系的攝像頭視野中心實際偏移量(deltaX，deltaY)。
[0008]在所述步驟II中，該校準模板中標記圓點的中心的提取，是通過提取各個標記圓點的輪廓，對輪廓進行橢圓擬合，尋找各個橢圓的圓心，該橢圓圓心為標記圓點的中心。
[0009]所述步驟二的(3)中，對得到的校準圖像進行邊緣濾波，提取圖像的輪廓信息，然后進行hough變換，尋找直線；根據(jù)找到的直線，按照斜率不同分成兩組，每組包括兩條平行的直線，兩組直線兩兩相交，根據(jù)交點圖像坐標求取平均值，得到最終的校準模板中心Center (centerX, centerY)的圖像坐標。
[0010]所述步驟二的(5)具體包括:
1、根據(jù)對應(yīng)圖像中分析到的物理校準圖像的參考正方向，計算與水平方向的旋轉(zhuǎn)角度Beta ；
I1、根據(jù)步驟二中(3)提取出來的校準模板中心Center(centerX, centerY)以及圖像中心ImgC (positonX, positonY)，校準模板中心Center至圖像中心ImgC定義為矢量AB，計算校準模板中心Center與圖像中心ImgC之間線段的距離和矢量方向；
II1、根據(jù)步驟I中旋轉(zhuǎn)角度Beta和標定參數(shù)Scale，計算對應(yīng)的矢量AB在世界坐標系下相對的物理偏移(deltaPhysicalX, deltaPhysicalY)和方向；
IV、根據(jù)攝像頭標定參數(shù)deltaX,deltaY,計算對應(yīng)旋轉(zhuǎn)Beta角度后,對應(yīng)該角度下的偏移分量(deltaRealX，deltaReaH)，作為最終物理坐標的修正；
V、根據(jù)分析計算得到的(deltaPhysicalX,deltaPhysicalY), (deltaRealX,deltaRea；LY),對給定的物理位置(physicalX, physicalY)進行加法操作,得到校準裝置中心對應(yīng)的觸摸點的真實物理位置(physicalX+ deltaPhysicalX+ deltaRealX, physicalY+deltaPhysicalY+ deltaRealY)。
[0011]所述步驟二的(I)中校準模板圖像上具有倒“L”形標識。
[0012]本發(fā)明提出的基于圖像處理的光學定位方法是一種快速自適應(yīng)定位目標算法，其支持攝像頭旋轉(zhuǎn)等問題，算法魯棒，能準確且快速定位觸摸屏上的觸摸位置。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明在攝像頭標定中通過攝像頭讀取到的校準模板的圖像；
圖2為對校準模板中的標記圓點中心進行直線擬合； 圖3為本發(fā)明在攝像頭測量中通過攝像頭讀取到的含有方向的校準模板的圖像；
圖4為對圖3中倒“L”形標志圖像處理并尋找模板中心；
圖5為尋找模板的參考正方向圖一；
圖6為尋找模板的參考正方向圖二；
圖7為校準模板中心與圖像中心連線的示意圖；
圖8為本發(fā)明基于圖像處理的觸摸點光學定位方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0014]為便于對本發(fā)明的方法及達到的效果有進一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖并舉較佳實施例詳細說明如下。
[0015]利用攝像頭的測量，準確且快速確定觸摸屏的觸摸位置，參考圖8所示，本發(fā)明的基于圖像處理的光學定位方法具有如下步驟:
首先要進行攝像頭標定，計算攝像頭外部參數(shù)，該外部參數(shù)為圖像坐標系與世界坐標系的測量的尺度比例關(guān)系與攝像頭視野中心實際偏移量。實現(xiàn)攝像頭標定需如下步驟:
(I)攝像頭標定需要具體的靶標來實現(xiàn)，本發(fā)明利用程序生成一個校準模板作為靶標，該校準模板上設(shè)有等間距且沿直線排列的大小相同的多個標記圓點(如圖1所示)，根據(jù)給定的模板，計算出模板上實際兩個標記圓點中心之間的距離DistReal。
[0016](2)對拍攝到的校準模板的圖像進行預(yù)處理，包含去除噪聲，或者對標記圓點輪廓個數(shù)等關(guān)系進行判定，保證得到的圖像數(shù)據(jù)有效。
[0017](3)分析攝像頭和世界坐標系關(guān)系，得出圖像坐標系與世界坐標系的相對物理位置和測量的尺度比例，其具體包括如下步驟:
1、判斷攝像頭的姿態(tài)，在工裝校正時，必須盡量把攝像頭擺正，得到工裝的位置信息ImgC (positonX, positonY),該ImgC即為圖像的中心，其中positonX為圖像中心ImgC的橫坐標，positonY為圖像中心ImgC的縱坐標；
I1、姿態(tài)分析:尋找圖像中校準模板的標記圓點的中心，對多個中心進行直線擬合，如圖2所示，判斷對應(yīng)擬合出來的直線I與水平軸的夾角Theta ;該標記圓點的中心的提取，可以通過提取各個標記圓點的輪廓，對輪廓進行橢圓擬合，尋找各個橢圓的圓心，即標記圓點的中心；
II1、模板中心提取:根據(jù)上述步驟II中計算出的各個標記圓點的中心圖像坐標，求取平均值，得出校準模板的中心c (screenCenterX, screenCenterY),即屏上物理位置信息，其中screenCenterX為校準模板中心C的橫坐標，screenCenterY為校準模板中心C的縱坐標；同時計算圖像中相鄰兩個標記圓點的中心之間的距離，各距離平均值作為最終圖像上的兩個標記圓點中心之間的距離DistImg ；
IV、判斷圖像中心ImgC與校正模板的中心C的位置與倒“L”的位置關(guān)系，計算圖像坐標系下的ImgC相對于C的偏移(deltaX，，deltaY，)；
V、將DistReal與DistImg之間的比例Scale作為圖像坐標系與世界坐標系的尺度比例關(guān)系，根據(jù)ImgC相對于C的偏移(deltaX’，deltaY’)，計算出最終世界坐標系的(deltaX, deltaY),即攝像頭視野中心實際偏移量。
[0018]再次進行攝像頭測量，其具體實施步驟為: (I)生成另一副校準模板，并用攝像機進行拍攝，得到圖像(如圖3所示)，該校準圖像上具有倒“L”形標識，該較準圖像具有方向性。
[0019](2)進行圖像預(yù)處理，去除噪聲，排除工裝結(jié)構(gòu)漏光導致的目標干擾問題。
[0020](3)目標提取:對得到的校準圖像進行邊緣濾波，提取倒“L”形