[發(fā)明專(zhuān)利]一種教育玩具套件及檢測(cè)七巧板擺放形狀、位置的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610053798.5
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105719307A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜鵬;范旭;孫賢軍;程瀟;巢建樹(shù)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海葡萄緯度科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/00;G06T7/40;A63F9/10
• 代理公司: 上海國(guó)智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31274
• 代理人: 潘建玲

1.一種教育玩具套件，包括：支架、頭盔探測(cè)器和底板，并且所述支架安裝于底板上， 所述頭盔探測(cè)器安裝于支架上，所述底板上方設(shè)置有第一凹槽；所述支架底部具有凸 起，所述凸起安裝在第一凹槽內(nèi)，頂部具有第二凹槽和第三凹槽，所述第二凹槽用于 放置平板電腦；所述頭盔探測(cè)器安裝于第三凹槽內(nèi)；其特征在于，還包括：定位孔， 設(shè)置于所述第三凹槽側(cè)壁的縱向中心軸上。

2.一種教育玩具套件中檢測(cè)七巧板擺放形狀、位置的方法，其特征在于，包括如下步 驟：

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(guò)第四凹槽將頭盔探測(cè)器安裝于平板電腦的頂端，再將七巧板放置于底板上；

步驟二，固定安裝好后，通過(guò)平板電腦的前置攝像頭采集圖像；

步驟三，對(duì)所述步驟二中采集到的圖像進(jìn)行視角轉(zhuǎn)換，得出七巧板中彩色板個(gè)數(shù) 判斷七巧板擺放位置是否準(zhǔn)確，如果不準(zhǔn)確則重新擺放七巧板，重復(fù)執(zhí)行所述步驟二 至三，如果準(zhǔn)確則執(zhí)行步驟四；

所述步驟四，計(jì)算所述步驟三中彩色板邊緣輪廓的邊長(zhǎng)、角度和邊長(zhǎng)比例，結(jié)合 平板電腦中預(yù)先設(shè)置的七巧板的各個(gè)彩色板的邊緣輪廓的原始像素值，計(jì)算出每個(gè)彩 色板的位置和旋轉(zhuǎn)角度，得出七巧板的擺放形狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種教育玩具套件中檢測(cè)七巧板擺放形狀、位置的方法中，其 特征在于，所述步驟二的具體步驟為：

將平板電腦前置攝像頭所獲取圖像定義為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。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種教育玩具套件中檢測(cè)七巧板擺放形狀、位置的方法中，其 特征在于，所述步驟三的具體步驟為：

a)由于所述步驟二中平板電腦頂部的攝像頭相對(duì)于底板來(lái)說(shuō)是具有一個(gè)傾斜視角 的，因此所述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；

b)將所述步驟a)中得到的正視角圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，具體公式為：

Gray(x，y)＝0.2989×R_xy+0.5870×G_xy+0.1140×B_xy；

其中，Gray(x，y)表示灰度圖像；

c)使用邊緣檢測(cè)算法檢測(cè)灰度圖像中的強(qiáng)邊緣；

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：

G(x,y)=GxGy=∂f∂x∂f∂y;]]>

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；

由于待檢測(cè)的七巧板目標(biāo)，在轉(zhuǎn)換為灰度圖后，不同的彩色板之間反差較大，因 此可以將反差很大的彩色板的輪廓視為當(dāng)前圖像的邊緣，進(jìn)而采用邊緣檢測(cè)的方法提 取出邊緣點(diǎn)的梯度幅值集合，即為七巧板的邊緣輪廓；常規(guī)的邊緣提取算法，包括 Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子和Canny算子等，具體公式為：

|G(x,y)|=Gx2+Gy2]]>

其中，|G(x，y)|表示邊緣點(diǎn)的梯度幅值；

d)由所述步驟c)中得出的七巧板邊緣輪廓由于是一個(gè)邊緣點(diǎn)梯度幅值集合，所 以會(huì)出現(xiàn)斷線(xiàn)或者具有多條平行邊緣的情況，因此，對(duì)所述步驟c)中得出的七巧板邊 緣輪廓進(jìn)行膨脹處理，使平行的邊緣合并為一個(gè)邊緣，并且把斷了的邊緣連接起來(lái)， 得到七巧板膨脹邊緣輪廓；

e)對(duì)所述步驟d)中的七巧板膨脹邊緣輪廓進(jìn)行分析，篩選出三角形和四邊形的 邊緣輪廓；

f)采用七巧板的特定形狀、邊長(zhǎng)比例、大小、角度和位置的先驗(yàn)知識(shí)過(guò)濾掉步驟 d)中與上述先驗(yàn)知識(shí)不符的的邊緣輪廓，計(jì)算剩余邊緣輪廓的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)為7個(gè) 則證明擺放位置準(zhǔn)確，執(zhí)行所述步驟四，如果個(gè)數(shù)不為7個(gè)則證明擺放位置錯(cuò)誤，需 要重新擺放七巧板，重復(fù)所述步驟一至三。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種教育玩具套件中檢測(cè)七巧板擺放形狀、位置的方法中，其 特征在于，所述步驟三的步驟a)中還包括：根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)正視角圖像進(jìn)行剪 切，得出感興趣ROI區(qū)域圖像，加快了處理運(yùn)算速度。