本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種教育玩具套件及其敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在平板電腦上有許多有趣的幼教游戲應(yīng)用程序或者兒童游戲，但往往只是讓小朋友在屏幕上指指畫畫，互動(dòng)性欠缺，長(zhǎng)時(shí)間看著屏幕容易對(duì)眼睛造成傷害；而當(dāng)下一些互動(dòng)性強(qiáng)的傳統(tǒng)性游戲玩具已經(jīng)脫離了時(shí)代的發(fā)展，形式上無(wú)法滿足孩子學(xué)習(xí)、玩耍的需求，也不便于孩子和家長(zhǎng)的互動(dòng)溝通。

為了解決上述問(wèn)題，計(jì)算機(jī)視覺(jué)與圖像處理技術(shù)領(lǐng)域成功地開(kāi)發(fā)了一種教育玩具套件，包括：支架、頭盔探測(cè)器，底板，在平板電腦內(nèi)安裝游戲程序，通過(guò)平板電腦的攝像頭采集放置于平面上的底板的圖像。上述的教育玩具套件雖然解決了平板電腦中游戲的互動(dòng)性欠缺的問(wèn)題，動(dòng)手能力差，游戲模式單一。

因此，計(jì)算機(jī)視覺(jué)與圖像處理技術(shù)領(lǐng)域急需一種教育玩具套件及其數(shù)字的識(shí)別方法，開(kāi)發(fā)了手鼓游戲，增強(qiáng)動(dòng)手能力，能夠基于手鼓顏色差異，識(shí)別手鼓的面積信息，判斷出手鼓是否被敲擊的狀態(tài)，增強(qiáng)游戲的趣味性以及互動(dòng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提供了一種教育玩具套件及其敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法，技術(shù)方案如下：

一種教育玩具套件，包括：支架、頭盔探測(cè)器、底板和手鼓，并且支架安裝于底板上，手鼓放置于底板上，頭盔探測(cè)器安裝于支架上，底板上方設(shè)置有第一凹槽；支架底部具有凸起，凸起安裝在第一凹槽內(nèi)，頂部具有第二凹槽和第三凹槽，第二凹槽用于放置平板電腦；頭盔探測(cè)器安裝于第三凹槽內(nèi)；

頭盔探測(cè)器，還包括：本體、第四凹槽、2個(gè)扇形塊和凸面鏡，并且第四凹槽位于本體內(nèi)，用于夾持不同型號(hào)的平板電腦，在第四凹槽夾持平板電腦屏幕的端點(diǎn)處設(shè)置有凸面鏡，凸面鏡的另一端安裝于頭盔探測(cè)器邊緣上，凸面鏡與水平面夾角成銳角，第四凹槽夾持平板電腦屏幕的端點(diǎn)高于平板電腦的攝像頭位置，2個(gè)扇形塊位于凸面鏡的2個(gè)邊緣上，用于固定凸面鏡和夾持平板電腦。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中，還包括：定位孔，設(shè)置于第三凹槽側(cè)壁的縱向中心軸上。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中，手鼓為2個(gè)。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中，2個(gè)手鼓的顏色分別為紫色與青色。

一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟一，在平板電腦中安裝游戲程序，再將底板放置于平面上，2個(gè)不同顏色的手鼓分別放置于底板表面的左、右兩側(cè)，平板電腦的底端安裝于第一凹槽內(nèi)，通過(guò)第二凹槽將頭盔探測(cè)器安裝于平板電腦的頂端；

步驟二，固定安裝好后，通過(guò)平板電腦的前置攝像頭實(shí)時(shí)采集手鼓的彩色圖像，當(dāng)手放置于手鼓上，未敲擊時(shí)，則前置攝像頭采集到一幅手鼓未被敲擊的圖像；當(dāng)手放置于手鼓上進(jìn)行敲擊時(shí)，則前置攝像頭采集到一幅手鼓處于敲擊狀態(tài)下的圖像；

將平板電腦前置攝像頭所獲取的彩色圖像定義為I_xy，I_xy＝f(x，y)；

其中，(x，y)表示圖像像素點(diǎn)的位置坐標(biāo)，f(x，y)表示圖像的在(x，y)上的像素值；

由于攝像頭采集的圖像為彩色圖片，因此f(x，y)＝(R_xy，G_xy，B_xy)；

其中，R_xy表示圖像像素點(diǎn)在紅色通道的色彩值，G_xy表示圖像像素點(diǎn)在綠色通道的色彩值，B_xy表示圖像像素點(diǎn)在藍(lán)色通道的色彩值；

步驟三，對(duì)步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像進(jìn)行檢測(cè)，得出位于底板上左、右手鼓的敲擊狀態(tài)。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法中，步驟三的具體步驟為：

1)由于2個(gè)手鼓顏色不同，因此將步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像分為左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域2個(gè)圖像，并且提取出手鼓輪廓信息；

2)通過(guò)提取出的手鼓輪廓信息，計(jì)算輪廓面積和中心點(diǎn)，并將輪廓面積與該中心點(diǎn)的面積閾值進(jìn)行比較，得出左、右手鼓是否處于敲擊狀態(tài)。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法中，步驟1)的具體步驟為：

a)首先在平板電腦安裝的游戲程序中預(yù)先定義手鼓可玩區(qū)域，然后通過(guò)圖像分割方法將步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像分為左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域2個(gè)感興趣區(qū)域圖像，左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域都處于預(yù)先定義的手鼓可玩區(qū)域內(nèi)；

b)因?yàn)槭止牡念伾赗GB顏色空間內(nèi)不利于分割開(kāi)來(lái)，對(duì)光照變化也比較敏感，所以，將提取出來(lái)的感興趣區(qū)域圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到側(cè)重于色彩表示的HSV顏色空間，具體轉(zhuǎn)換公式為：

V＝max｛C(R′)、C(G′)、C(B′)｝；

其中，H表示色調(diào)值，S表示飽和度值，V表示亮度值，max{C(R′)、C(G′)、C(B′)}表示在原始圖像中一個(gè)像素點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的像素最大值，min{C(R′)、C(G′)、C(B′)}表示在原始圖像中一個(gè)像素點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的像素最小值，并且H的取值范圍位于0-360之間；

c)在HSV顏色空間內(nèi)，根據(jù)手鼓紫色、青色顏色在HSV空間內(nèi)的先驗(yàn)閾值，將彩色圖像進(jìn)行二值化處理，具體公式如下：

在二進(jìn)制圖像中B(x，y)＝B_H(x，y)&B_S(x，y)&B_V(x，y)，生成二進(jìn)制圖像；

其中，B(x，y)表示圖像像素點(diǎn)(x，y)的二進(jìn)制像素值，H(x，y)、S(x，y)、V(x，y)分別表示圖像像素點(diǎn)(x，y)在HSV顏色空間內(nèi)的色調(diào)值、飽和度值、亮度值；B_H(x，y)、B_S(x，y)、B_V(x，y)分別表示圖像像素點(diǎn)(x，y)是否分別在指定的H、S、V區(qū)域內(nèi)，如果是，則取值為1，否則，取值為0；H_min、H_min分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)色調(diào)的先驗(yàn)最小和最大值；S_min、S_max分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)飽和度的先驗(yàn)最小和最大值；V_min、V_max分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)亮度的先驗(yàn)最小和最大值；

d)掃描二值化圖像，找出所有邊緣輪廓；

二值化圖像為灰度圖像，圖像的邊緣是指灰度圖像中灰度變化比較劇烈的部分，灰度值的變化程度采用相鄰像素間的梯度變化來(lái)定量表示，梯度是一階二維導(dǎo)數(shù)的二維等效式，具體計(jì)算過(guò)程為：

首先，計(jì)算相鄰像素的差分，具體公式為：

G_x＝f[i，j+1]-f[i，j]

G_y＝f[i，j]-f[i+1，j]

其中，G_x表示相鄰像素在x方向上的差分，G_y表示相鄰像素在y方向上的差分，f[i，j+1]表示圖像在第i行第j+1列的像素值，f[i，j]表示圖像在第i行第j列的像素值；f[i+1，j]表示圖像在第i+1行第j列的像素值，

進(jìn)一步地，計(jì)算相鄰像素間的梯度，具體公式為：

其中，G(x，y)表示表示圖像的在(x，y)點(diǎn)上梯度值，表示像素值在x方向上求導(dǎo)，表示像素值在y方向上求導(dǎo)；

進(jìn)一步地，計(jì)算邊緣點(diǎn)的梯度幅值，所有邊緣點(diǎn)的梯度幅值集合即為提取的邊緣輪廓；

進(jìn)一步地，利用手鼓形狀、邊長(zhǎng)比例、大小、角度和位置的先驗(yàn)知識(shí)過(guò)濾掉不合理的輪廓，具體濾除條件如下：

假設(shè)矩形的寬為w，高為h，矩形與水平方向的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為Q，中心點(diǎn)為A，則計(jì)算出邊緣輪廓的最小外包矩形，再根據(jù)如下規(guī)則判斷是否需要濾除手鼓輪廓；

①如果寬高比超過(guò)寬高比閾值范圍，則濾除該手鼓輪廓，優(yōu)選的，寬高比閾值范圍設(shè)置為(0.05，20)；

②如果中心點(diǎn)A與矩形的4個(gè)角和4條邊非常接近，則濾除該手鼓輪廓；

③如果w與h的乘積超過(guò)乘積閾值范圍，則濾除該手鼓輪廓。

優(yōu)選的，在上述的一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法中，步驟2)的具體步驟為：

e)通過(guò)步驟d)中提取出的手鼓輪廓信息，計(jì)算輪廓面積和中心點(diǎn)；

輪廓面積就是輪廓里面像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，中心點(diǎn)就是輪廓的質(zhì)心；

假設(shè)一個(gè)面積為N的輪廓，則輪廓的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算公式為：

其中，X表示中心點(diǎn)(x，y)的x坐標(biāo)，m_i表示i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，x_i表示i質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)，如果i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與中心點(diǎn)的質(zhì)量相等，則m_i＝1；

上述公式則可寫為

同理，可得出中心點(diǎn)(x，y)的y坐標(biāo)

Y表示中心點(diǎn)(x，y)的y坐標(biāo)，y_i表示i質(zhì)點(diǎn)的y坐標(biāo)，因此中心點(diǎn)(x，y)可以表示為

由最大面積輪廓的中心點(diǎn)(x，y)值根據(jù)以下公式估算出該處手鼓的實(shí)際面積：

其中，A表示手鼓的實(shí)際面積，A_max表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最近位置時(shí)的手鼓面積，A_min表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最遠(yuǎn)位置時(shí)的手鼓面積。Y_max和Y_min分別表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最遠(yuǎn)和最近處點(diǎn)的y坐標(biāo)，Y_min≤y≤Y_max；

如果Abig<A_max×coff，則認(rèn)為手鼓被敲擊了，否則認(rèn)為手鼓沒(méi)有被敲擊，其中，Abig表示的手鼓被覆蓋后，經(jīng)過(guò)二值化圖形處理，沒(méi)有被覆蓋掉的最大的區(qū)域的面積，coff表示一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)，取值范圍為0～1之間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)值為0.5。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明巧妙的將應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖形識(shí)別技術(shù)與HSV顏色空間、二值化處理相結(jié)合使用，能夠判斷出手鼓的敲擊狀態(tài)，具有運(yùn)算速度快，定位準(zhǔn)確，將硬件與軟件技術(shù)很好地統(tǒng)一起來(lái)，游戲交互設(shè)計(jì)巧妙；美觀簡(jiǎn)單，判斷更加快速，同時(shí)增強(qiáng)了趣味性和直觀性。

2、本發(fā)明檢測(cè)算法更加科學(xué)、成熟，將圖像的色彩空間轉(zhuǎn)換、輪廓檢測(cè)、形態(tài)學(xué)處理等算法相結(jié)合使用，能夠快速的判斷出手鼓的敲擊狀態(tài)。

3、本發(fā)明計(jì)算速度快；每次定位檢測(cè)耗時(shí)在10ms左右，為玩家提供流暢的使用體驗(yàn)。

4、本發(fā)明性能穩(wěn)定，在不同光照、對(duì)不同平板電腦安裝于教育玩具套件內(nèi)的情況下，針對(duì)3千幅圖片進(jìn)行了采集測(cè)試，誤識(shí)別率和漏檢率在0.2％以下。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明：

圖1是本發(fā)明一種教育玩具套件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種教育玩具套件的支架的后視圖。

圖3是本發(fā)明一種教育玩具套件的支架的立體圖。

圖4是本發(fā)明一種教育玩具套件的底板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明葡萄探索號(hào)教育玩具套件的頭盔探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明葡萄探索號(hào)教育玩具套件的應(yīng)用示意圖。

圖7是本發(fā)明一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法的流程圖。

其中，圖1-7中的附圖標(biāo)記與部件名稱之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

支架1，凸起101，第二凹槽102，第三凹槽103，碟狀底架104，圓形頂架105，露空提手106，頭盔探測(cè)器2，本體201，第四凹槽202，2個(gè)扇形塊203，凸面鏡204，固定支點(diǎn)205，底板3，第一凹槽301，手鼓4。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明技術(shù)實(shí)現(xiàn)的措施、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

圖1是本發(fā)明一種教育玩具套件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種教育玩具套件的支架的后視圖。

圖3是本發(fā)明一種教育玩具套件的支架的立體圖。

圖4是本發(fā)明一種教育玩具套件的底板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明葡萄探索號(hào)教育玩具套件的頭盔探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明葡萄探索號(hào)教育玩具套件的應(yīng)用示意圖。

如圖1-6所示，一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法，包括：支架1、頭盔探測(cè)器2、底板3和手鼓4，并且支架1安裝于底板3上，手鼓4放置于底板3上，頭盔探測(cè)器2安裝于支架1上；底板3上方設(shè)置有第一凹槽301；支架1，底部具有凸起101，凸起101安裝在第一凹槽301內(nèi)，頂部具有第二凹槽102和第三凹槽103，第二凹槽102用于放置平板電腦；頭盔探測(cè)器2，安裝于第三凹槽103內(nèi)；頭盔探測(cè)器2還包括：本體201、第四凹槽202、2個(gè)扇形塊203和凸面鏡204，并且第四凹槽202位于本體201內(nèi)，用于夾持不同型號(hào)的平板電腦，在第四凹槽202夾持平板電腦屏幕的端點(diǎn)處設(shè)置有凸面鏡204，凸面鏡204的另一端安裝于頭盔探測(cè)器2邊緣上，凸面鏡204與水平面夾角成銳角，第四凹槽202夾持平板電腦屏幕的端點(diǎn)高于平板電腦的攝像頭位置，2個(gè)扇形塊203位于凸面鏡204的2個(gè)邊緣上，用于固定凸面鏡204和夾持平板電腦。

本實(shí)施例中，還包括：定位孔104，設(shè)置于第三凹槽103側(cè)壁的縱向中心軸上。

本實(shí)施例中，手鼓4為2個(gè)；優(yōu)選的，2個(gè)手鼓4的顏色分別為紫色與青色。

圖7是本發(fā)明一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法的流程圖。

如圖7所示，一種教育玩具套件中敲擊動(dòng)作檢測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟一，在平板電腦中安裝游戲程序，再將底板放置于平面上，2個(gè)不同顏色的手鼓分別放置于底板表面的左、右兩側(cè)，平板電腦的底端安裝于第一凹槽內(nèi)，通過(guò)第二凹槽將頭盔探測(cè)器安裝于平板電腦的頂端；

步驟二，固定安裝好后，通過(guò)平板電腦的前置攝像頭實(shí)時(shí)采集手鼓的彩色圖像，當(dāng)手放置于手鼓上，未敲擊時(shí)，則前置攝像頭采集到一幅手鼓未被敲擊的圖像；當(dāng)手放置于手鼓上進(jìn)行敲擊時(shí)，則前置攝像頭采集到一幅手鼓處于敲擊狀態(tài)下的圖像；

將平板電腦前置攝像頭所獲取的彩色圖像定義為I_xy，I_xy＝f(x，y)；

其中，(x，y)表示圖像像素點(diǎn)的位置坐標(biāo)，f(x，y)表示圖像的在(x，y)上的像素值；

由于攝像頭采集的圖像為彩色圖片，因此f(x，y)＝(R_xy，G_xy，B_xy)；

其中，R_xy表示圖像像素點(diǎn)在紅色通道的色彩值，G_xy表示圖像像素點(diǎn)在綠色通道的色彩值，B_xy表示圖像像素點(diǎn)在藍(lán)色通道的色彩值；

步驟三，對(duì)步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像進(jìn)行檢測(cè)，得出位于底板上左、右手鼓的敲擊狀態(tài)，具體步驟為：

1)由于2個(gè)手鼓顏色不同，因此將步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像分為左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域2個(gè)圖像，并且提取出手鼓輪廓信息，具體步驟為：

a)首先在平板電腦安裝的游戲程序中預(yù)先定義手鼓可玩區(qū)域，然后通過(guò)圖像分割方法將步驟二中前置攝像頭實(shí)時(shí)采集到的手鼓彩色圖像分為左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域2個(gè)感興趣區(qū)域圖像，左手鼓區(qū)域和右手鼓區(qū)域都處于預(yù)先定義的手鼓可玩區(qū)域內(nèi)；

b)因?yàn)槭止牡念伾赗GB顏色空間內(nèi)不利于分割開(kāi)來(lái)，對(duì)光照變化也比較敏感，所以，將提取出來(lái)的感興趣區(qū)域圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到側(cè)重于色彩表示的HSV顏色空間，具體轉(zhuǎn)換公式為：

V＝max{C(R′)、C(G′)、C(B′)}；

其中，H表示色調(diào)值，S表示飽和度值，V表示亮度值，max{C(R′)、C(G′)、C(B′)}表示在原始圖像中一個(gè)像素點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的像素最大值，min{C(R′)、C(G′)、C(B′)}表示在原始圖像中一個(gè)像素點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的像素最小值，并且H的取值范圍位于0-360之間；

c)在HSV顏色空間內(nèi)，根據(jù)手鼓紫色、青色顏色在HSV空間內(nèi)的先驗(yàn)閾值，將彩色圖像進(jìn)行二值化處理，具體公式如下：

在二進(jìn)制圖像中B(x，y)＝B_H(x，y)&B_S(x，y)&B_V(x，y)，生成二進(jìn)制圖像；

其中，B(x，y)表示圖像像素點(diǎn)(x，y)的二進(jìn)制像素值，H(x，y)、S(x，y)、V(x，y)分別表示圖像像素點(diǎn)(x，y)在HSV顏色空間內(nèi)的色調(diào)值、飽和度值、亮度值；B_H(x，y)、B_S(x，y)、B_V(x，y)分別表示圖像像素點(diǎn)(x，y)是否分別在指定的H、S、V區(qū)域內(nèi)，如果是，則取值為1，否則，取值為0；H_min、H_min分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)色調(diào)的先驗(yàn)最小和最大值；S_min、S_max分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)飽和度的先驗(yàn)最小和最大值；V_min、V_max分別表示手鼓紫色或者青色在HSV顏色空間內(nèi)亮度的先驗(yàn)最小和最大值；

d)掃描二值化圖像，找出所有邊緣輪廓；

二值化圖像為灰度圖像，圖像的邊緣是指灰度圖像中灰度變化比較劇烈的部分，灰度值的變化程度采用相鄰像素間的梯度變化來(lái)定量表示，梯度是一階二維導(dǎo)數(shù)的二維等效式，具體計(jì)算過(guò)程為：

首先，計(jì)算相鄰像素的差分，具體公式為：

G_x＝f[i，j+1]-f[i，j]

G_y＝f[i，j]-f[i+1，j]

其中，G_x表示相鄰像素在x方向上的差分，G_y表示相鄰像素在y方向上的差分，f[i，j+1]表示圖像在第i行第j+1列的像素值，f[i，j]表示圖像在第i行第j列的像素值；f[i+1，j]表示圖像在第i+1行第j列的像素值，

進(jìn)一步地，計(jì)算相鄰像素間的梯度，具體公式為：

其中，G(x，y)表示表示圖像的在(x，y)點(diǎn)上梯度值，表示像素值在x方向上求導(dǎo)，表示像素值在y方向上求導(dǎo)；

進(jìn)一步地，計(jì)算邊緣點(diǎn)的梯度幅值，所有邊緣點(diǎn)的梯度幅值集合即為提取的邊緣輪廓；

進(jìn)一步地，利用手鼓形狀、邊長(zhǎng)比例、大小、角度和位置的先驗(yàn)知識(shí)過(guò)濾掉不合理的輪廓；

假設(shè)矩形的寬為w，高為h，矩形與水平方向的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為Q，中心點(diǎn)為A，則計(jì)算出邊緣輪廓的最小外包矩形，再根據(jù)如下規(guī)則判斷是否需要濾除手鼓輪廓；

①如果寬高比超過(guò)寬高比閾值范圍，則濾除該手鼓輪廓，優(yōu)選的，寬高比閾值范圍設(shè)置為(0.05，20)；

②如果中心點(diǎn)A與矩形的4個(gè)角和4條邊非常接近，則濾除該手鼓輪廓；

③如果w與h的乘積超過(guò)乘積閾值范圍，則濾除該手鼓輪廓；

2)通過(guò)提取出的手鼓輪廓信息，計(jì)算輪廓面積和中心點(diǎn)，并將輪廓面積與該中心點(diǎn)的面積閾值進(jìn)行比較，得出左、右手鼓是否處于敲擊狀態(tài)，具體步驟為：

e)通過(guò)步驟d)中提取出的手鼓輪廓信息，計(jì)算輪廓面積和中心點(diǎn)；

輪廓面積就是輪廓里面像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，中心點(diǎn)就是輪廓的質(zhì)心；

假設(shè)一個(gè)面積為N的輪廓，則輪廓的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算公式為：

其中，X表示中心點(diǎn)(x，y)的x坐標(biāo)，m_i表示i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，x_i表示i質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)，如果i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與中心點(diǎn)的質(zhì)量相等，則m_i＝1；

上述公式則可寫為

同理，可得出中心點(diǎn)(x，y)的y坐標(biāo)

Y表示中心點(diǎn)(x，y)的y坐標(biāo)，y_i表示i質(zhì)點(diǎn)的y坐標(biāo)，因此中心點(diǎn)(x，y)可以表示為

由最大面積輪廓的中心點(diǎn)(x，y)值根據(jù)以下公式估算出該處手鼓的實(shí)際面積：

其中，A表示手鼓的實(shí)際面積，A_max表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最近位置時(shí)的手鼓面積，A_min表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最遠(yuǎn)位置時(shí)的手鼓面積。Y_max和Y_min分別表示當(dāng)手鼓放置在可玩區(qū)域距離平板電腦最遠(yuǎn)和最近處點(diǎn)的y坐標(biāo)，Y_min≤y≤Y_max；

如果Abig<A_max×coff，則認(rèn)為手鼓被敲擊了，否則認(rèn)為手鼓沒(méi)有被敲擊，其中，Abig表示的手鼓被覆蓋后，經(jīng)過(guò)二值化圖形處理，沒(méi)有被覆蓋掉的最大的區(qū)域的面積，coff表示一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)，取值范圍為0～1之間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)值為0.5。

本發(fā)明巧妙的將應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖形識(shí)別技術(shù)與HSV顏色空間、二值化處理相結(jié)合使用，能夠判斷出手鼓的敲擊狀態(tài)，具有運(yùn)算速度快，定位準(zhǔn)確，將硬件與軟件技術(shù)很好地統(tǒng)一起來(lái)，游戲交互設(shè)計(jì)巧妙；美觀簡(jiǎn)單，判斷更加快速，同時(shí)增強(qiáng)了趣味性和直觀性。

本發(fā)明檢測(cè)算法更加科學(xué)、成熟，將圖像的色彩空間轉(zhuǎn)換、輪廓檢測(cè)、形態(tài)學(xué)處理等算法相結(jié)合使用，能夠快速的判斷出手鼓的敲擊狀態(tài)。

本發(fā)明計(jì)算速度快；每次定位檢測(cè)耗時(shí)在10ms左右，為玩家提供流暢的使用體驗(yàn)。

本發(fā)明性能穩(wěn)定，在不同光照、對(duì)不同平板電腦安裝于教育玩具套件內(nèi)的情況下，針對(duì)3千幅圖片進(jìn)行了采集測(cè)試，誤識(shí)別率和漏檢率在0.2％以下。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。