阅读说明：本技术 一种保龄球互动投影系统 (Bowling interactive projection system ) 是由 张世斌 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种本发明保龄球互动投影系统,包括：采集单元,用于实时采集保龄球道图像；识别单元,用于识别所述保龄球道图像中保龄球的运动轨迹；投影单元,用于根据所述保龄球的运动轨迹向球道投放动态三维图像,所述动态三维图像实时展示所述保龄球的运动轨迹。本发明保龄球互动投影系统通过球道与保龄球之间互动画面,实现了保龄球的运动轨迹的实时观测,同时添加了视觉效果,增强了用户的体验感。(The invention discloses a bowling interactive projection system, comprising: the acquisition unit is used for acquiring bowling lane images in real time; the identification unit is used for identifying the movement track of the bowling ball in the bowling lane image; and the projection unit is used for throwing a dynamic three-dimensional image to a lane according to the movement track of the bowling ball, and the dynamic three-dimensional image displays the movement track of the bowling ball in real time. The bowling interactive projection system realizes the real-time observation of the motion trail of the bowling through the interactive pictures between the lane and the bowling, and simultaneously adds the visual effect and enhances the experience of users.)

一种保龄球互动投影系统

技术领域

本发明涉及保龄球设备技术领域，尤其涉及一种保龄球互动投影系统。

背景技术

保龄球作为一种休闲运动，逐渐为人们所喜爱。保龄球是将相撞的保龄球瓶摆放在具有规定长度和宽度的球道的末端之后，通过保龄球滚动在该球道上，从而击倒保龄球瓶的室内运动项目。

现有技术中的保龄球设备从投掷到击球过程中，球道大多为单色，球在球道中的轨迹无法进行记录和描绘。

发明内容

本发明提供一种保龄球互动投影系统，以克服上述技术问题。

本发明保龄球互动投影系统，包括：

采集单元，用于实时采集保龄球道图像；

识别单元，用于识别所述保龄球道图像中保龄球的运动轨迹；

投影单元，用于根据所述保龄球的运动轨迹向球道投放动态三维图像，所述动态三维图像实时展示所述保龄球的运动轨迹。

进一步地，还包括：

补光单元，用于向球道投射红外光或者激光对所述保龄球进行补光。

进一步地，所述投影单元包括：

拼接模块，用于根据投影区域将多个投影仪投影画面进行拼接；

画面生成模块，用于将保龄球的运动轨迹转换为虚拟三维空间，并将转换后的保龄球与三维图像进行融合。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

三维图案与映射到虚拟三维空间的保龄球共同运动。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

映射到虚拟三维空间的保龄球与第一三维图像发生碰撞，所述三维图像转换为第二三维图像。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

三维图像为映射到虚拟三维空间的保龄球的轨迹。

进一步地，所述投影单元还包括：

画面切换模块，用于在未读取到保龄球的轨迹数据后进行三维图像的切换。

进一步地，所述投影单元还包括：

投球结果显示模块，用于在完成保龄球投掷后，将投掷结果分类进行显示。

本发明保龄球互动投影系统通过球道与保龄球之间互动画面，实现了保龄球的运动轨迹的实时观测，同时添加了视觉效果，增强了用户的体验感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明保龄球互动投影系统结构示意图；

图2是本发明保龄球互动投影系统设置示意图；

图3是本发明保龄球互动投影系统另一设置示意图；

图4是本发明保龄球的从二维图像转换为三维图像示意图；

图5是本发明三维图案为水中游动的小鱼示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明保龄球互动投影系统结构示意图，如图1所示，本实施例的方法系统包括：

采集单元101，用于实时采集保龄球道图像；

具体而言，采集单元分为两种方式：一种为视频采集(摄像头)，另一种为雷达采集。

如图2所示，保龄球1在球道2上运动时，补光灯3或者激光8对保龄球进行补光。摄像头4采集保龄球的运动轨迹。主机7控制投影仪5对球道2进行互动投影，直至保龄球1撞击球瓶6结束投影。

如图3所示，保龄球1在球道2上运动时，雷达3采集保龄球的运动轨迹。主机6控制投影仪4对球道2进行互动投影，直至保龄球1撞击球瓶5结束投影。

本实施例采集单元为至少一部红外滤光摄像头，该摄像头的发射波长可以为850nm，808nm,和940nm。该红外滤光摄像头实时采集保龄球道上的图像，该图像包括保龄球的运动整个过程。一部摄像头可以覆盖两条球道，可以将摄像头设置于两个球道之间的上方。采集频率每秒60帧。两个摄像头采集的两个图像需要进行拼接。获取每个摄像头的采集区域的坐标，去除重复区域，将最终的两个采集区域的最大边界坐标作为拼接后的采集区域。

本实施例的采集单元为至少一部雷达设备，根据球道的长短可以选择扫描半径为5米、10米和20米的红外光学雷达或声纳雷达。该雷达实时采集保龄球道上的信息数据形成图像，该图像包括保龄球的运动整个过程。一部雷达可以覆盖两条球道，可以将雷达设置于两个球道之间的间隔区。采集频率每秒30帧以上。

识别单元102，用于识别所述保龄球道图像中保龄球的运动轨迹；

具体而言，采集单元为雷达可以直接把雷达采集的点数据转换为坐标数据。采集单元为红外摄像头则首先将多个摄像头之间覆盖的区域对应的多张保龄球道图像进行拼接去除重合区域。以多个画面的边界点作为拼接后图像的边界点，对拼接后的一张图像中的保龄球进行标定，并进行图像矩阵移动、旋转、缩放、斜切等预处理，标定后的图像形成一个二维矩阵，通过对矩阵的操作来进行图像的校正，操作有：

矩阵移动公式如下：

(m,n)是移动后的坐标，(x,y)是移动前的坐标，t_x,t_y分别对应x轴，y轴的偏移量；

矩阵旋转公式如下：

[x*,y*,1]＝[x,y,1]x[{cosa,sina,0},{-sina,cosa,0},{0,0,1}]＝[xcosa-ysinaxsina+ycosa1] (2)

其中，a为二维图形绕原点顺时针旋转的角度；

矩阵缩放公式如下：

[x*y*1]＝[x y 1]x[{Sx,0,0},{0,Sy,0},{0,0,1}]＝[Sx*x Sy*y 1] (3)

x*,y*是x,y缩放后的坐标；

矩阵斜切公式如下：

[x*,y*,1]＝[x,y,1]*[{1,d,0},{b,1,0},{0,0,1}]＝[x+by,dx+y,1] (4)

x*,y*为斜切后的坐标。

使用上述的公式(1)至(4)可以实现对标定后的图像校正计算。

校正后的图像中提取保龄球的特征点，把识别到的数据转换为连续的坐标点就形成了保龄球的轨迹。

在识别保龄球的过程中需要对环境光和干扰进行过滤，摄像头使用窄带滤光片进行了可见光过滤，使用灰度和二差值法对图像进行二次过滤后提取的特征点更清晰，提高保龄球的识别率。

投影单元103，用于根据所述保龄球的运动轨迹向球道投放动态三维图像，所述动态三维图像实时展示所述保龄球的运动轨迹。

本系统的投影单元根据保龄馆的实地情况，可以使用长焦，短焦以及超短焦投影仪，光学成像上可以使用激光，DLP，LED等。如图2所示，投影设备安装可以根据投影设备和场馆场地要求安装在球道上方或斜上方。摄像头安装在球道上方，并且照射范围可以覆盖整个球道。采用1到多台投影仪设备进行组合拼接和融合技术使用投影图像覆盖整个保龄球道。

进一步地，还包括：

补光单元，用于向球道投射红外光或者激光对所述保龄球进行补光。

具体而言，本实施例添加补光单元，通过补光单元向球道投射红外光或者激光，增强对球的检测识别的准确度。

进一步地，所述投影单元包括：

拼接模块，用于根据投影区域将多个投影仪投影画面进行拼接；

画面生成模块，用于将保龄球的运动轨迹转换为虚拟三维空间，并将转换后的保龄球与三维图像进行融合。

本实施例保龄球互动投影系统采用横向拼接，画面分辩为单台投影分辩率*N，N为投影设备数量。首先对多台投影进行跨屏操作，跨屏操作是由显卡驱动程序提供的一种屏幕组合方式。然后使用融合软件对投影画面进行调整，对每个投影画面进行拖动角点操作，每个点都覆盖到保龄球道上，投影和投影之间的拼接缝隙尽可能小，重叠部分尽可能完全重叠合，最后调整融合带，使投影和投影之间过渡更自然，尽可能调整到融合带和两个投影的亮度一至。对两台投影设备间的重叠过渡带进行稀释融合，使两台投影设备叠加过渡更自然。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

三维图案与映射到虚拟三维空间的保龄球共同运动。

具体而言，设定投影仪中的球道参数，球道的宽为1066毫米，球道间隔为724毫米，长为16871毫米。投影仪投影后计算与球道偏差，根据偏差微调：记录数据调整后的球道参数。读取保龄球的轨迹数据，映射轨迹数据到虚拟三维世界。本实施例的三维图案是通过三维摄像机来获取画面的，三维摄像机分为两种：第一种是不透视的摄像机，如图4所示，该种不带透视的摄像机没有透视关系，不会产生近大远小的画面变形，所以直接将三维图像的厚度作为保龄球的从二维图像转换为三维图像的第三坐标(z轴坐标)。

第二种是透视摄像机，这种摄像带存在透视关系，保龄球的坐标转换需要根据透视摄像机的角度来计算。假设二维坐标为(x，y)，三维世界射线接收层为T，从二维坐标向三维摄像机处发射一条射线，射线与三维世界的射线接收层相交，在接收层产生了一个三维坐标点(x`,y`,z`)则此坐标就为二维坐标转换的三维世界坐标。

本实施例的三维图案与保龄球共同运动，如图5所示，三维图案为水中游动的小鱼。该游动的小鱼随着保龄球在球道上运动小鱼在水中向前游动。同时，该小鱼还可以进行翻转等动画。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

映射到虚拟三维空间的保龄球与第一三维图像发生碰撞，所述三维图像转换为第二三维图像。

具体而言，本实施例的三维图像可以为绽放、变形、移动或者***等效果。互动***场景中每条保龄球道上都带有动态背景，并在背景上浮现两排带有动画的角色(角色包括怪兽、炸弹、蛋糕、花朵、气球等等)，动画形式有和骨骼动画等等。该些动画为第一三维图像，用户在打出保龄球后保龄球经过的互动角色会和保龄球的轨迹点进行碰撞检测，保龄球与第一三维图像区域有重叠就触发，碰撞到的角色会产生***特效，产生***后的图像为第二三维图像。画面会变得炫丽多彩。互动料子场景中也提供了丰富的背景，在背景层上程序产生粒子角色(角色包括金属球、枫叶、冰雪等等)，保龄球经过粒子角色时会产生物理碰撞效果，比如金属球会被撞飞，枫叶会被吹散等等。当球依次滚过小怪兽时小怪兽依次***，整个球道就会变得生动有趣。

进一步地，所述画面生成模块具体用于：

将保龄球的轨迹数据映射到虚拟三维空间；

三维图像为映射到虚拟三维空间的保龄球的轨迹。

具体而言，本实施例的三维图像为互动拖尾效果是在黑背景下产生拖屏特效的一动互动场景，拖尾内容包括烟火、彩虹、彩色的鲸鱼、飞机等等效果。拿怪兽场景来说，场景加载刷新时小怪兽会成对依次从下向上出现，小怪兽背景是多彩的五角星流星雨，在未发球时小怪兽本身会有扭动动画，所有小怪兽会按波浪形进行整体飘动。三维图像与保龄球的轨迹一致，保持在球道上，直至保龄球击倒保龄球瓶再消失。

进一步地，所述投影单元还包括：

画面切换模块，用于在未读取到保龄球的轨迹数据后进行三维图像的切换。

本实施例画面切换模块，保龄球在撞击在预设的阈值时间到达后仍然未识别到球体便会将三维图像进行切换。画面切换方式可以包括：顺序切换、随机切换、按时间切换或按交互次数切换。

进一步地，所述投影单元还包括：

投球结果显示模块，用于在完成保龄球投掷后，将投掷结果分类进行显示。

计分数据采集，采集来自保龄球的记分系统数据，这些数据包括：所有球瓶的状态，得到的分数等数据。根据不同的得分数据图像系统产生特定图像效果(分瓶，全中，补中等)。轨迹记录通过识别软件得到的轨迹数据记录球体在球道中的轨迹，每次发球的轨迹存储到计算机系统中，使用者可以在球道上与三维图像一起回放发球轨迹。

现有的保龄球设备只能单一记录保龄球击中球瓶结果，球道单一、单调、死板，无动态图像效果并且无法记录球的轨迹。

本发明使用投影仪结合计算机3D/2D图像制作技术，以及图像识别技术在球道上显示丰富的动态图像内容，并且可以记录球体在球道中的轨迹。使用者在击打保龄球瓶以前可以先体验到保龄球在球道上的互动投影内容，并可以对球的轨迹进行回放。为保龄球提供了一种教学手段，为保龄球手或使用者提供了技术分析数据，增强使用者体验效果。本发明可用于保龄球教学、训练和保龄球娱乐。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。