[發明專利]基于機器視覺的矩陣識別方法

有效

• 申請號: 201510065308.9
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104636309B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 茅耀斌;鄒城;郭唐儀;劉康;張夏清;許晉河;穆志洋;吳中山;王建博;徐茜;徐杰;劉思源;姚怡超;邢成歡;程聰;陳國豐
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F15/02
• 分類號: G06F15/02;G06K9/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于基于模式識別和圖像處理技術的智能計算器領域，特別是一種基于機器視覺的矩陣計算器及實現方法。

背景技術

計算器是工程技術人員、科研人員和理工科學生們進行工程實踐、從事科學研究工作等所必需的利器。矩陣分析與計算在科學計算中有著重要的地位。

然而，通過分析現有市場不難發現，具有矩陣計算能力的計算器和計算型軟件并不多見，更重要的是，它們缺乏靈活性與易用性。它們一般需要先將計算器/計算軟件設置為矩陣計算模式，然后從僅有的幾種預定義尺寸的矩陣中選擇一個，之后便需要將矩陣元素一個個小心翼翼地輸入進去，這種方式效率低下，尤其是當矩陣的階數為三階及其以上時，用戶在矩陣輸入上浪費了大量的寶貴時間。

中國實用新型專利CN 202916831 U公開了一種多功能矩陣計算器，通過輸入矩陣實現矩陣運算，該矩陣運算器需要手動輸入矩陣元素，不僅效率低下，還容易出現輸入錯誤，影響使用效果。

發明內容

針對當前具有矩陣計算能力的計算器和計算型軟件并不多見，且僅有的這些計算器和計算軟件靈活性與易用性較差這一現象，為了變繁為簡，提高矩陣計算器的易用性，大幅度改善用戶體驗，本發明給出的基于機器視覺的矩陣計算器同傳統計算器相比，特色鮮明地解決了這些問題。矩陣圖像識別技術讓矩陣的輸入便捷高效，而傳統鍵盤輸入可以在矩陣識別有誤時進行局部修改。本發明旨在實現一種“即拍即算”的全新設計，讓計算器使用起來更加方便。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于機器視覺的矩陣計算器，包括攝像頭、圖像處理模塊、用戶界面、顯示器、鍵盤和運算模塊；

所述攝像頭與圖像處理模塊相連，將采集的矩陣圖像傳輸給圖像處理模塊，圖像處理模塊識別矩陣的行數、列數和矩陣元素；所述圖像處理模塊與運算模塊相連，運算模塊加載并執行矩陣運算算法，對接受到的矩陣元素進行運算，所述運算模塊與用戶界面相連，用戶界面將矩陣的行數、列數和矩陣元素繪制出來，所述用戶界面與顯示器相連，顯示器顯示用戶界面上繪制的內容；所述鍵盤與用戶界面相連，用于輸入數據和選擇功能。

一種基于機器視覺的矩陣計算器的矩陣識別方法，包括以下步驟：

步驟1、輸入矩陣圖像，將矩陣圖像轉換為灰度圖像A；

步驟2、使用自適應二值化方法對灰度圖像A進行二值化處理，得到二值圖像B；

步驟3、對二值圖像B進行連通域提取和面積濾波；

步驟4、使用投影法對矩陣元素進行聚類；所述矩陣元素為矩陣中的數據項；

步驟5、使用卷積神經網絡識別矩陣元素；

步驟6、輸出矩陣的行數、列數和所有矩陣元素值。

與現有技術相比，本發明的優點為：(1)本發明通過數字圖像分析和模式識別技術，可以直接從數字圖像中獲得手寫體矩陣元素或者印刷體矩陣元素，這同傳統計算器的數據輸入方式相比，大大提高了矩陣數據的輸入效率；(2)本發明從理念上改變了計算器的數據輸入方式，旨在實現一種“即拍即算”的全新設計，讓計算器使用起來更加簡單與高效；(3)本發明不僅可以通過攝像頭采集矩陣圖像信息，還可以通過鍵盤手動輸入，提高了數據輸入的準確性。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。

圖2是本發明實施例2的結構示意圖。

圖3是本發明實施例的矩陣識別算法流程和中間結果圖。

具體實施方式

結合圖1、圖2，本發明的一種基于機器視覺的矩陣計算器，包括攝像頭、圖像處理模塊、用戶界面、顯示器、鍵盤和運算模塊；

所述攝像頭與圖像處理模塊相連，將采集的矩陣圖像傳輸給圖像處理模塊，圖像處理模塊識別矩陣的行數、列數和各個矩陣元素；所述圖像處理模塊與運算模塊相連，運算模塊加載并執行矩陣運算算法，對接受到的矩陣元素進行運算，所述運算模塊與用戶界面相連，用戶界面將矩陣的行數、列數和各個矩陣元素繪制出來，所述用戶界面與顯示器相連，顯示器顯示用戶界面上繪制的內容；所述鍵盤與用戶界面相連，用于輸入數據和選擇功能。

所述圖像處理模塊包括矩陣圖像預處理模塊、數字字符提取模塊，矩陣元素聚類模塊和數字字符識別模塊。

所述功能函數模塊中的算法包括對矩陣的加法、減法、乘法、乘方、行列式、秩、逆矩陣、特征值和特征向量。

所述攝像頭為微型的、可自動快速聚焦的攝像頭，分辨率不低于640x480像素；所述顯示器為LCD液晶顯示器或者觸摸屏；所述鍵盤為實體鍵盤或應用于觸摸屏的電子虛擬鍵盤。