Киев, Украина

(098) 150-0575 info@lasersoft.com.ua

Калибровка лазерного тира

Рассматриваются вопросы и особенности калибровки лазерного тира, построенного на основе обнаружения лазерного импульса видеокамерой с последующим созданием графического изображения отметки «выстрела» в рассчитанных координатах на транслируемом изображении.

Почему необходима калибровка лазерного тира

Необходимость калибровки лазерного тира вызвана тем, что размеры, положение и разрешение изображения на проекционном экране тира в общем случае не совпадают с размерами, положением и разрешением снимка экрана в кадре видеокамеры, которая обнаруживает лазерный импульс.

Представим себе идеальный случай.

Разрешение изображения на проекционном экране точно соответствует разрешению видеокамеры, а само изображение точно вписано в кадр видеокамеры. И при этом отсутствуют какие-либо геометрические искажения, т.е. изображение имеет форму прямоугольника.

Произведем «выстрел» лазерным лучом в экран. Видеокамера обнаружит лазерный импульс на изображении экрана в координатах (px_laser, py_laser) и передаст эти координаты в модуль «отрисовки» сцены. В свою очередь модуль сгенерирует и «нарисует» на экране отметку «выстрела» в точно таких же координатах. Лазерный импульс и компьютерное изображение «выстрела» совпадут.

Лазерный тир lasersoft.com.ua

Однако в реальности все обстоит значительно сложнее.

Особенности расчета координат отметок выстрелов в лазерном тире

Во-первых, изображение экрана занимает лишь часть кадра видеокамеры. Это изображение проекционного экрана в кадре видеокамеры называется зоной обнаружения.

Пусть проектор транслирует на экран изображение сцены тира с разрешением XGA (1024 х 768 пикселей). У видеокамеры установлено разрешение 800 х 600 пикселей. Однако зона обнаружения занимает лишь часть кадра видеокамеры, поэтому разрешение зоны будет еще меньше: например, 724 х 560 пикселей. Если геометрические искажения изображения экрана в кадре видеокамеры отсутствуют, то пересчет координат лазерного импульса из плоскости зоны обнаружения в кадре видеокамеры в плоскость экрана заключается в линейном переносе точки с коэффициентами пропорции k1 = 1024 / 724  и k2 = 768 / 560: (px_shot, py_shot) = (k1 x сx_laser, k2 x сy_laser), где (cx_laser, cy_laser) – координаты отметки лазерного луча в плоскости зоны обнаружения. Таким образом координаты (px_shot, py_shot) не совпадают с (px_laser, py_laser), а сама точка (px_shot, py_shot) является проекцией (px_laser, py_laser) в плоскость зоны обнаружения в кадре видеокамеры.

Калибровка лазерного тира в данном случае заключается в расчете указанных коэффициентов и в определении смещения зоны обнаружения в кадре видеокамеры.

Лазерный тир lasersoft.com.ua

Во-вторых, чтобы получить прямоугольную зону обнаружения в кадре видеокамеры, необходимо разместить видеокамеру на воображаемой нормали, проведенной из цента пересечения диагоналей проекционного экрана (при условии, что транслируемое изображение точно вписано в границы проекционного экрана).

Однако в большинстве случаев видеокамеру размещают рядом с проектором, а последний находится примерно на уровне нижнего края экрана (при установке проектора на столе) или на уровне верхнего края экрана (при подвесе проектора под потолок). Проекторы с центральным проецированием используют крайне редко.

Очевидно, что при таком размещении видеокамеры изображение экрана в ее кадре будет выглядеть как трапеция. Следовательно, формула расчета координат «выстрела» усложняется.

Лазерный тир lasersoft.com.ua

Калибровка лазерного тира в этом случае выполняет две задачи:

  1. Обнаруживает границы проекционного экрана на его изображении, полученном видеокамерой, и определяет координаты вершин трапеции зоны обнаружения в плоскости видеокамеры.
  2. Строит формулу пересчета координат и рассчитывает все составляющие формулы, которые можно вычислить заранее (чтобы облегчить нагрузку на процессор).

В общем случае зона обнаружения в кадре видеокамеры может иметь трапецеидальные искажения (стороны трапеции могут быть нелинейными), и даже больше – иметь вид четырехугольника с непараллельными вершиной и основанием. Тогда формула пересчета координат существенно усложняется и требует проведения последовательных аффинных преобразований зоны обнаружения с помощью матричного исчисления.

Если же у вас обычный проектор, а не супер производительный монстр, то при оснащении тира используйте следующие рекомендации:

Рекомендации по размещению видеокамеры в лазерном тире

  • Размещайте видеокамеру по горизонтальной оси объектива проектора (чтобы получить зону обнаружения в виде равнобедренной трапеции).
  • Размещайте видеокамеру по возможности позади проектора, чтобы она не попадала в световой поток проектора.
  • Размещайте видеокамеру выше проектора (если он стоит на столе) или ниже проектора, если он подвешен к потолку.
  • Выбирайте видеокамеру с таким фокусным расстоянием, чтобы после ее установки рядом с проектором изображение экрана занимало как можно больше места в кадре. Отсюда следует, что не всегда удобны короткофокусные и длиннофокусные проекторы: стандартную видеокамеру придется устанавливать отдельно от проектора.

Когда проводится калибровка лазерного тира

Если вы используете мобильный вариант лазерного тира, то каждый раз вы заново устанавливаете проектор на стол, регулируете его положение, масштаб и фокус, так чтобы «вписать» транслируемое изображение в границы проекционного экрана. Затем вы устанавливаете видеокамеру, по возможности по оси объектива, и добиваетесь, чтобы изображение экрана целиком попало в кадр. После таких ручных манипуляций положение, размеры и вид зоны обнаружения каждый раз будут новыми. Поэтому необходимо провести калибровку лазерного тира: построить формулу расчета переноса координат на основе новых вводных.

Если же лазерный тир установлен стационарно: проектор подвешен под потолок, рядом закреплена видеокамера, положение обоих устройств выверены и настроены, то тогда калибровка лазерного тира не нужна. Все необходимые составляющие формулы расчета координат сохранены в файле конфигурации и считываются при каждом запуске программы тира или стрелкового упражнения. Вы экономите время на установке оборудования и калибровке. Еще один важный момент: стационарное размещение оборудования позволяет добиться хорошей точности, поскольку на первоначальную настройку и тонкую юстировку можно позволить себе выделить больше времени, чем в мобильном варианте.

Как выглядит калибровка лазерного тира в головной программе и в стрелковом упражнении