游戏光枪坐标定位原理及算法

我是做游乐行业的，要研发一款射击游戏机。

现在要研发一款光枪，网上能找到的光枪大部分资料都是第一代的游戏机上面用的，用的还是有家里的老式电视机，加上霸王学习机，玩的射击游戏。

我们研究是新的光枪好嘛。

新型光枪是主要是有两种，一种是WII光枪，原理是红外感应条，加6自由度加速度的传感器。这种是相对位置，每次都要校准，体验感比较差。

另一种是摄像头加红外光点来定位。

就是摄像头上面加一个滤光片，这个滤光片只能穿过红外光点发出的红外线。在摄像头上面看到的就是一个白点。再通过opencv图像识别确定白点在图片中的坐标。

再通过五点坐标校正算出在游戏机屏幕上面的坐标。



校正图片



根据图片的坐标和在摄像头中对应的坐标，来确定屏幕和摄像头中点的对应关系。

如果PT(x, y)表示摄像头上的一个点, PL(x, y)表示屏幕上的一个点,校正的结果就是得到一个转换矩阵M, 使PL(x, y) = M·PT(x, y)

(3) 校正原理

我们知道二维几何变换包含三种平移、旋转和缩放。这三者的矩阵表示为：

平移MT：



缩放MS：



旋转MR：



所以 PL =MR·MT·MS· PT， 将这个公式展开，其结果为：



在上面的公式中，屏幕上的坐标（XL 、YL）和摄像头上的坐标（XT 、YT）是已知的，而其他的则是我们需要求的：θ, SY, SX, TY, SX共有5个变量，至少需要五个方程，因为每组点坐标（PL, PT）可以得到两个方程，因此我们需要采集三组点坐标。但是上面的方程涉及三角函数，运算复杂，我们可以进一步简化为：



变量虽然多了一个，但是解题过程简单多了，更适合计算机计算，而且采集点的数量仍然为3组。

假设屏幕三个点的坐标为（XL1， YL1），（XL2， YL2），（XL2， YL2）, 对应摄像头上的三个点是（XT1， YT1），（XT2， YT2）。（XT3， YT3）, 则联立两个方程组为：



这样，触摸屏的校正实际上就是解上面的方程组，得到6个系数：A、B、C、D、E、F。而上面方程组按照克莱姆法则解即可。

在得到6个系数后，以后通过摄像头得到的所有坐标，带入公式（1）中就可以得到屏幕上以像素表示的坐标。