一種教育玩具套件及檢測七巧板擺放形狀、位置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設及計算機視覺檢測處理技術(shù)領(lǐng)域，特別設及一種教育玩具套件及檢測屯 巧板擺放形狀、位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在平板電腦上有許多有趣的幼教游戲應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，互動性欠缺，長時間看著屏幕容易對眼睛造成傷害;而當下一些互 動性強的傳統(tǒng)性游戲玩具已經(jīng)脫離了時代的發(fā)展，形式上無法滿足孩子學習、玩耍的需求， 也不便于孩子和家長的互動溝通。
[0003] 為了解決上述問題，計算機視覺識別處理技術(shù)領(lǐng)域成功的開發(fā)了一種教育玩具套 件，包括:支架、頭盎探測器和底板，并且支架安裝于底板上，頭盎探測器安裝于支架上;底 板上方設置有第一凹槽;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=凹槽，第二凹槽用于放置平板電腦;頭盎探測器安裝于第=凹槽內(nèi)。然后將屯巧板放置 于底板上，在平板電腦內(nèi)安裝游戲程序，通過平板電腦的攝像頭采集放置于底板上的屯巧 板的拼接圖像，判定屯巧板圖案是否與游戲程序要求的拼接程序一致，如果不一致給出最 快捷的下一步拼接指導，增強游戲的趣味性、兒童動手能力W及互動性。
[0004] 上述的教育玩具套件雖然解決了平板電腦中游戲的互動性欠缺的問題，但是由于 底板很大，屯巧板的擺放位置常常出現(xiàn)偏差，導致攝像頭不能采集到完整的圖像，圖像容易 采集出錯，分析結(jié)果不準確等問題的出現(xiàn)，并且不能夠檢測出屯巧板的擺放形狀。
[0005] 因此，計算機視覺檢測處理技術(shù)領(lǐng)域急需一種教育玩具套件及檢測屯巧板擺放形 狀、位置的方法，能夠快速的檢測出屯巧板擺放位置是否準確W及屯巧板擺放形狀，提高圖 像采集W及分析結(jié)果的準確率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種教育玩具套件及檢測屯巧板擺放形狀、位 置的方法，技術(shù)方案如下：
[0007] -種教育玩具套件，包括支架、頭盎探測器和底板，并且支架安裝于底板上，頭盎 探測器安裝于支架上，底板上方設置有第一凹槽;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=凹槽，第二凹槽用于放置平板電腦;頭盎探測器安裝于第= 凹槽內(nèi)；還包括:定位孔，設置于第=凹槽側(cè)壁的縱向中屯、軸上。
[000引一種教育玩具套件中檢測屯巧板擺放形狀、位置的方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一，在平板電腦中安裝游戲程序，再將平板電腦的底端安裝于第二凹槽內(nèi)，通 過第四凹槽將頭盎探測器安裝于平板電腦的頂端，再將屯巧板放置于底板上.
[0010] 步驟二，固定安裝好后，通過平板電腦的前置攝像頭采集圖像；
[0011] 步驟=，對步驟二中采集到的圖像進行視角轉(zhuǎn)換，得出屯巧板中彩色板個數(shù)判斷 屯巧板擺放位置是否準確，如果不準確則重新擺放屯巧板，重復執(zhí)行步驟二至=，如果準確 則執(zhí)行步驟四；
[0012] 步驟四，計算步驟=中彩色板邊緣輪廓的邊長、角度和邊長比例，結(jié)合平板電腦中 預先設置的屯巧板的各個彩色板的邊緣輪廓的原始像素值，計算出每個彩色板的位置和旋 轉(zhuǎn)角度，得出屯巧板的擺放形狀。
[0013] 優(yōu)選的，在上述一種教育玩具套件中檢測屯巧板擺放形狀、位置的方法中，步驟二 的具體步驟為：
[0014] 將平板電腦前置攝像頭所獲取圖像定義為Ixy，Ixy = f(X，y);
[0015] 其中，（x，y)表示圖像像素點的位置坐標，f(x，y)表示圖像的在(x，y)上的像素值；
[0016] 由于攝像頭采集的圖像為彩色圖片，因此f(X，y) = (Rxy，Gxy，Bxy);
[0017]其中，Rxy表示圖像像素點在紅色通道的色彩值，Gxy表示圖像像素點在綠色通道的 色彩值，Bxy表示圖像像素點在藍色通道的色彩值。
[0018] 優(yōu)選的，在上述一種教育玩具套件中檢測屯巧板擺放形狀、位置的方法中，步驟= 的具體步驟為：
[0019] a)由于步驟二中平板電腦頂部的攝像頭相對于底板來說是具有一個傾斜視角的， 因此步驟二中采集到的圖像為斜視角圖像，采用透視變換原理，將斜視角圖像轉(zhuǎn)換為俯視 的正視角圖像；
[0020] b)將步驟a)中得到的正視角圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，具體公式為：
[0021] Gray (X，y) = 0.2989 X Rxy+0.5870 X Gxy+0.1140 X Bxy;
[0022] 其中，Gray(x，y)表示灰度圖像；
[0023] C)使用邊緣檢測算法檢測灰度圖像中的強邊緣；
[0024] 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定量表示，梯度是一階二維導數(shù)的二維等效式，具體計算過程為：
[0025] 首先，計算相鄰像素的差分，具體公式為：
[0026] Gx=f[i, j]
[0027] Gy = f[i, j]
[00%]其中，Gx表示相鄰像素在X方向上的差分，Gy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+l，j] 表示圖像在第i+1行第j列的像素值，
[0029] 進一步地，計算相鄰像素間的梯度，具體公式為：
[0030]
[0031] 其中，G(x，y)表示表示圖像的在(x，y)點上梯度值，f表示像素值在X方向上求導， f表示像素值在y方向上求導；
[0032] 進一步地，計算邊緣點的梯度幅值，所有邊緣點的梯度幅值集合即為提取的邊緣 輪廓；
[0033] 由于待檢測的屯巧板目標，在轉(zhuǎn)換為灰度圖后，不同的彩色板之間反差較大，因此 可W將反差很大的彩色板的輪廓視為當前圖像的邊緣，進而采用邊緣檢測的方法提取出邊 緣點的梯度幅值集合，即為屯巧板的邊緣輪廓；常規(guī)的邊緣提取算法，包括Sobel算子、 Roberts算子、Prewitt算子和化nny算子等，具體公式為：
[0034]
[00巧]其中，|G(x，y)|表示邊緣點的梯度幅值；
[0036] d)由步驟C)中得出的屯巧板邊緣輪廓由于是一個邊緣點梯度幅值集合，所W會出 現(xiàn)斷線或者具有多條平行邊緣的情況，因此，對步驟C)中得出的屯巧板邊緣輪廓進行膨脹 處理，使平行的邊緣合并為一個邊緣，并且把斷了的邊緣連接起來，得到屯巧板膨脹邊緣輪 廓；
[0037] e)對步驟d)中的屯巧板膨脹邊緣輪廓進行分析，篩選出=角形和四邊形的邊緣輪 廓；
[0038] f)采用屯巧板的特定形狀、邊長比例、大小、角度和位置的先驗知識過濾掉步驟d) 中與上述先驗知識不符的的邊緣輪廓，計算剩余邊緣輪廓的個數(shù)，如果個數(shù)為7個則證明擺 放位置準確，執(zhí)行步驟四，如果個數(shù)不為7個則證明擺放位置錯誤，需要重新擺放屯巧板，重 復步驟一至三。
[0039] 優(yōu)選的，在上述一種教育玩具套件中檢測屯巧板擺放形狀、位置的方法中，所述步 驟S的步驟a)中還包括:根據(jù)先驗知識，對正視角圖像進行剪切，得出感興趣ROI區(qū)域圖像， 加快了處理運算速度。
[0040] 本發(fā)明的有益效果：
[0041] 1、本發(fā)明游戲交互設計巧妙;美觀簡單，判斷更加快速，同時增強了趣味性和直觀 性。
[0042] 2、本發(fā)明檢測算法更加科學、成熟，將圖像的透視變換、灰度化轉(zhuǎn)換、圖像卷積、邊 緣檢測、形態(tài)學角度等圖像算法相結(jié)合使用，能夠快速的判斷出屯巧板的擺放位置是否準 確，W及判斷出屯巧板的擺放形狀，便于屯巧板位置的快速調(diào)節(jié)，提高圖像采集W及分析結(jié) 果的準確率。
[0043] 3、本發(fā)明計算速度快;每次定位檢測耗時在IOOms左右，為玩家提供流楊的使用體 驗。
[0044] 4、本發(fā)明性能穩(wěn)定，在對不同平板電腦安裝于教育玩具套件內(nèi)的情況下，針對3千 幅圖片進行了采集測試，誤識別率和漏檢率在