[發明專利]一種教育玩具套件及其凸面鏡成像校正方法

有效

• 申請號: 201610414529.7
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN106023723B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 孫賢軍
• 申請（專利權）人: 上海葡萄緯度科技有限公司
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00;G06T7/80
• 代理公司: 上海國智知識產權代理事務所(普通合伙)31274
• 代理人: 潘建玲

技術領域

本發明涉及計算機視覺檢測處理技術領域，特別涉及一種教育玩具套件及其凸面鏡成像校正方法。

背景技術

現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性游戲玩具已經脫離了時代的發展，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。

為了解決上述問題，計算機視覺識別處理技術領域成功的開發了一種教育玩具套件，包括：支架、頭盔探測器和底板，并且支架安裝于底板上，頭盔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，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；頭盔探測器安裝于第三凹槽內，頭盔凹槽內安裝有反射鏡。

在上述的玩具套件中采用的是反射鏡，但是反射鏡的采集范圍相對較窄，不能滿足采集較大視場范圍內圖像的要求。

凸面鏡應用較為廣泛，最為常見的就是用于倒車鏡與轉彎鏡，它們都利用了凸面鏡對光發散的原理，擴大視野，從而可以具有更廣闊的視野范圍。

但是凸面鏡成像規律復雜：凸面鏡的曲率大小決定成像畸變的程度，通常來說曲率越大成像畸變越嚴重；凸面鏡所成像的大小受物距的影響，物距越遠，成像越小。另外由于凸面鏡本身加工工藝的問題，凸面鏡鏡面本身可能存在局部的凹凸形變等問題會導致成像發生形變?？傊?，如想直接利用凸面鏡圖像進行精確的測量、監控是比較困難的。

因此，計算機視覺檢測處理技術領域急需一種教育玩具套件及其凸面鏡成像校正方法，通過凸面鏡增大圖像的采集范圍，再對凸面鏡成像進行校正，得到準確的圖像分析結果，增加圖像采集速度。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提供了一種教育玩具套件及其凸面鏡成像校正方法，技術方案如下：

一種教育玩具套件中凸面鏡成像校正方法，包括如下步驟：

步驟一，把棋盤格標定板擺放于固定位置；

步驟二，通過剛性連接裝置固定安裝好平面鏡與相機，通過相機采集棋盤格標定板在平面鏡中的圖像；

步驟三，保持相機、棋盤格標定板、剛體連接裝置不動，將步驟二中的平面鏡替換成凸面鏡，通過剛性連接裝置固定安裝好凸面鏡與相機，通過相機采集棋盤格標定板在凸面鏡中的圖像；

步驟四，記錄平面鏡圖像和凸面鏡圖像中棋盤格的各角點位置，并計算出分別位于平面鏡圖像和凸面鏡圖像中的角點位置之間的映射關系；

角點位置是指角點在圖像中的坐標位置；

步驟五，利用步驟四計算得到的角點位置之間的映射關系，對凸面鏡圖像全圖做變換，即可得到經過校正的凸面鏡圖像。

優選的，在上述的一種凸面鏡成像校正方法中，還包括：步驟六，將步驟五中的焦點位置之間的映射關系存儲到平板電腦中，對頭盔探測器采集到的圖像進行校正，得到經過校正的凸面鏡圖像。

優選的，在上述的一種凸面鏡成像校正方法中，步驟四具體的步驟為：

a)通過手工或者圖像處理方法自動找到棋盤格在平面鏡和凸面鏡中各個對應角點的坐標；

b)通過局部的對應角點，得出局部區域的幾何對應關系，即為平面鏡圖像和凸面鏡圖像中的角點位置之間的映射關系；

設定PaPbPcPdPa為凸面鏡圖像中的不規則四邊形，Pa、Pb、Pc和Pd是該四邊形的頂點；QaQbQcQdQa為平面鏡圖像中的矩形，Qa、Qb、Qc和Qd是該四邊形的頂點；假定兩個區域內對應點之間存在平面攝影變換的關系，則計算兩個四邊形區域PaPbPcPdPa和QaQbQcQdQa內的點與點之間的幾何對應關系，具體公式如下：

X_P＝H·X_Q①

其中，矩陣X_P是棋盤格標定板經凸面鏡成像后四個角點所圍成的PaPbPcPdPa區域內任意一點P的坐標，X_Q則是棋盤格標定板經平面鏡成像后四個角點所圍成的QaQbQcQdQa區域內任意一點Q的坐標，寫成齊次坐標的形式X_P＝[P_x,P_y,1]^T,X_Q＝[Q_x,Q_y,1]^T；

根據不共線的四點必然能解得唯一H矩陣的結論，4組對應點對均滿足公式①，可以得到8個方程，進而求解得到H矩陣，即為平面鏡圖像和凸面鏡圖像中的角點位置之間的映射關系，具體如下：