[发明专利]球幕投影/跟踪系统标定方法及标定器

说明书

本发明涉及球幕投影/跟踪技术领域，为提出一种球幕投影/跟踪系统标定方法及标定器，可以完成球幕球心的快速标定，实现投射系统、投影\命中系统与球幕的精确标定方法，并且设计出实现该方法的标定器。有效解决目前球幕投影/跟踪系统标定精度低，难度大的问题。而且该标定方法和标定器可以推广到其他包含多子系统的系统，具有较高的实用性和适用性。本发明采用的技术方案是，球幕投影/跟踪系统标定方法步骤如下：(1)完成球幕球心坐标标定和半径测量；(2)利用最小二乘法拟合计算出球幕球心在标定器坐标系下的坐标(X_O,Y_O,Z_O)；(3)完成投射系统的坐标标定(4)完成投影/跟踪系统的坐标标定。本发明主要应用于球幕投影/跟踪场合。

技术领域

本发明涉及一种坐标转换领域，特别适用于球幕投影/跟踪系统中球幕系统、投射系统和投影/跟踪系统的高精度融合标定。具体讲,涉及球幕投影/跟踪系统标定方法及标定器。

背景技术

球幕投影/跟踪技术是一种新兴的展示技术，它打破了以往投影目标只能在规则平面的局限。展示出高分辨率、大视角范围的精确演示效果，给观众带来超强临场真实感和空间感，目前广泛应用在球幕电影、虚拟显示、半实物仿真技术等。但在实际应用中，由于球幕投影/跟踪系统包含多个功能单元，个系统的各个工作子系统均处在不同的空间位置和数据层次水平。但是需要依据同一个坐标系和数据层次进行控制或者性能参数评测，因此需要进行频繁的坐标系转换，满足不同子系统和单元的工作需求。所以需要提前完成功能模块与球幕的坐标标定，标定方法和精度直接影响到整个系统的投影/跟踪效果。所以，对标定方法和具体的标定器的研究显得尤为重要。

其中，针对于坐标测量标定方法，目前大多采用成熟的测量仪器，如三坐标测量机、全站仪测量系统、激光扫描测量系统等，三坐标测量机属于接触式测量，不易对准特征点；全站仪一般需要合作目标(棱镜或反射片)才能测距，所以它无法直接测量目标点；激光扫描测量系统可以获取海量的点云数据，适用于实体的三维建模，但是瞄准特征点的精度低。由于球幕投影/跟踪系统是由多个功能模块组成，每个模块形状、大小不一，对应的坐标位置关系复杂，甚至难以直接确定。所以在球幕投影/跟踪系统直接使用以上成熟的测量仪器进行标定，结果误差较大甚至无法测量。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种球幕投影/跟踪系统标定方法及标定器，可以完成球幕球心的快速标定，实现投射系统、投影\命中系统与球幕的精确标定方法，并且设计出实现该方法的标定器。有效解决目前球幕投影/跟踪系统标定精度低，难度大的问题。而且该标定方法和标定器可以推广到其他包含多子系统的系统，具有较高的实用性和适用性。本发明采用的技术方案是，球幕投影/跟踪系统标定方法步骤如下：

(1)完成球幕球心坐标标定和半径测量：水平工作台置于球幕球心附近，将标定器固定在水平工作台上，旋转标定器的二维旋转定角单元可以控制平面镜的法向量，激光测距仪通过平面镜后可以在球幕上投射出激光光斑，光斑的位置由俯仰角旋转定位转盘、方位角旋转定位转盘和激光测距仪直接读出，得到光斑在以标定器作为坐标原点的坐标系下的球坐标，转换成对应的直角坐标(X_i,Y_i,Z_i)，调整二维旋转定角单元在球幕上投射不同的激光光斑，设在标定器坐标系下球幕球心的坐标为(X_O,Y_O,Z_O)，球幕球心与标定器打在球幕上的点P_i的对应关系为：(X_i-X_O)²+(Y_i-Y_O)²+(Y_i-Y_O)²＝R²(1)

R为球幕半径；