一种Marker信息编码的捕捉识别系统及方法与流程

本发明涉及机器视觉
技术领域：
，具体而言，涉及一种Marker信息编码的捕捉识别系统及方法。
背景技术：
：随着网络的完善、智能终端的普及以及物联网的兴起，互联网时代已然来临。互联网时代的交互环境决定了人类未来信息社会“数字化生活”的方式。目前，基准跟踪是建立交互环境最流行的方法之一，二维码就是最常见的例子。二维码是将文字、符号等信息换算成二进制的几何形体，并生成一个矩阵图。在现代商业活动中，可实现的应用十分广泛，如：产品防伪、广告推送、网站链接、数据下载、商品交易、信息传递等。高速发展的信息技术促进了交互环境的变革，交互环境除了我们常见的桌面交互，还包括虚拟现实(VirtualReality，简称VR)、增强现实(AugmentedReality，简称AR)以及混合现实(Mixreality，简称MR)等计算机图形学技术。其中，虚拟现实作为未来互联网的入口和交互环境，Facebook、苹果、三星、索尼等世界的科技巨头公司，都已经全力进行VR领域投资与研发，对中国来说，具有巨大的发展潜力与空间。尽管虚拟现实、混合现实以及增强现实系统大多数采用类似手持视频的三维基准跟踪系统，但是，就现阶段来说，投资成本高、普及率低，而二维跟踪系统的普及和应用范围更广，特别是对于可触式桌面界面。现有的交互环境下的图形码识别技术，不支持多个图形码同时识别，也不支持二维码的运动跟踪，使用范围受到限制，在光照不足的情况下，图形码识别效率不高，导致无法满足多种实用场景的需求，更无法应用于AR、VR和MR领域。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Marker信息编码的捕捉识别系统及方法，能够支持Marker信息编码的运动跟踪，支持多个Marker信息编码的识别，解决光照不足导致的识别率下降的问题。第一方面，本发明实施例提供了一种Marker信息编码的捕捉识别系统，包括透明纳米膜、第一红外摄像机和第二红外摄像机；所述透明纳米膜平铺在所述第一红外摄像机和所述第二红外摄像机上方，用于承载Marker信息编码；所述第一红外摄像机发射的红外线透过所述透明纳米膜，经所述Marker信息编码反射，再次透过所述透明纳米膜，由所述第二红外摄像机捕捉。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一红外摄像机和所述第二红外摄像机的镜头互相相对倾斜。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述透明纳米膜位于所述第一红外摄像机和所述第二红外摄像机的图像捕捉范围之内，所述捕捉包括Marker信息编码静态捕捉和Marker信息编码动态跟踪。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括处理器；所述处理器用于接收所述第一红外摄像机和所述第二红外摄像机捕捉的Marker信息编码，计算出Marker信息编码的信息。第二方面，本发明实施例还提供一种基于Marker信息编码的捕捉识别系统的捕捉识别方法，包括：获取Marker信息编码步骤，获取所述第二红外摄像机接收的Marker信息编码；基准搜索步骤，寻找Marker信息编码中心点，以Marker信息编码中心点为基准，判断中心点周围的不规则形状的信息；计算Marker信息编码步骤，处理器根据所述不规则形状的信息，计算出不等长的二进制数，所述不等长的二进制数代表场景信息；确定场景步骤，依据传来的二进制指令确定场景信息。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：跟踪步骤，对于运动中的Marker信息编码，识别Marker信息编码的方向位移、速度、加速度、旋转速度和旋转加速度信息。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述跟踪步骤中：识别所述方向位移的方法为，Marker信息编码在运动过程中相对坐标的变化，所述相对坐标是Marker信息编码在距坐标原点的位置与所述透明纳米膜的比值；识别所述速度的方法为，在单位时间内，水平方向的速度为水平方向变化的坐标与所述透明纳米膜的宽度的比值，垂直方向的速度为垂直方向变化的坐标与所述透明纳米膜的高度的比值；识别所述加速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的运动速度与上一时刻运动速度的比值；识别所述旋转速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的旋转角度与上一时刻旋转角度之差与两倍圆周率的比值；识别所述旋转加速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的旋转速度与上一时刻旋转速度的比值。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述基准搜索步骤中包括：排除干扰步骤，所述红外摄像机在捕捉到的Marker信息编码中寻找带有拓扑结构的区域，所有具有拓扑特性的区域都被视为基准候选，然后对所述基准候选进行基准识别处理，通过排除Marker信息编码中心点周围区域的比特编码点的数量与基准信息比特大小不一致的基准候选，和排除与比特编码的点有无效角度关系的基准候选，最终确定基准。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，对于位于所述Marker信息编码中心点周围的圆点，所述处理器按照顺时针排列的顺序整理这些圆点，解码每个基准的基准信息。本发明带来了以下有益效果：本发明提供的Marker信息编码的捕捉识别系统中，通过第一红外摄像机发射的红外线透过所述透明纳米膜，经所述Marker信息编码反射，再次透过所述透明纳米膜，由所述第二红外摄像机捕捉，使Marker信息编码即使在光照不足的情况下也能被清晰地捕捉和识别，识别效率高，可以满足多种实用场景的需求。系统不但可以捕捉识别多个Marker信息编码，而且可以捕捉识别不同样式、不同尺寸的Marker信息编码，识别信息内容多，适应能力强，处理速度快。透明纳米膜平铺在红外摄像机正上方，具有透光率高，低散射等优点，能够透过的足够多的红外线，为Marker信息编码的捕捉识别提供了有利条件。本发明提供的Marker信息编码的捕捉识别方法中，包括获取Marker信息编码步骤、基准搜索步骤，计算Marker信息编码步骤和确定场景步骤，不仅可以捕捉识别静态地Marker信息编码，还可以跟踪识别动态地Marker信息编码，能够应用到虚拟现实系统，拓展了使用范围和应用领域，相比于三维基准跟踪系统，成本较低。跟踪识别动态地Marker信息编码时，除了能够获取Marker信息编码的基准信息，还能够识别Marker信息编码的方向位移、速度、加速度、旋转速度和旋转加速度信息，识别能力强，综合性能更完善。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本发明实施例所提供的一种Marker信息编码的捕捉识别系统的结构示意图；图2示出了本发明实施例所提供的Marker信息编码的示意图；图3示出了本发明实施例所提供的一种Marker信息编码的捕捉识别方法的流程图；图4示出了本发明实施例所提供的一种Marker信息编码的捕捉识别方法中，动态地Marker信息编码捕捉识别具体方法的流程图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。目前交互环境下的图形码识别技术，不支持多个二维码的同时识别和运动跟踪，在光照不足的情况下，二维码识别效率不高，基于此，本发明实施例提供的一种Marker信息编码的捕捉识别系统及方法，可以捕捉识别多个Marker信息编码，支持Marker信息编码的动态跟踪，在光照不足的情况下，能够捕捉识别Marker信息编码的信息。实施例一：如图1所示，本发明实施例提供了一种Marker信息编码的捕捉识别系统，包括透明纳米膜2、第一红外摄像机3和第二红外摄像机4。透明纳米膜平铺在第一红外摄像机和第二红外摄像机上方，用于承载Marker信息编码，并透过足够多的红外线。第一红外摄像机发射的红外线透过透明纳米膜，经Marker信息编码1反射，再次透过透明纳米膜，由第二红外摄像机捕捉。优选的是，透明纳米膜位于第一红外摄像机和第二红外摄像机的图像捕捉范围之内。两台红外摄像机位于位于透明纳米膜下方，第一红外摄像机和第二红外摄像机的镜头互相相对倾斜，朝向透明纳米膜，使得第一红外摄像机发射的红外线能被第二红外摄像机接收到。系统还包括处理器，处理器用于接收第一红外摄像机和第二红外摄像机捕捉的Marker信息编码，计算出Marker信息编码里包含的文字、符号、图像等场景信息。如图2所示，Marker信息编码包括不规则的黑色、白色区域和圆形的黑点、白点，不规则的黑色区域在代码编制上对应计算机内部逻辑基础的二进制数0，不规则的白色区域在代码编制上对应计算机内部逻辑基础的二进制数1，不规则的黑色、白色区域和圆形的黑点、白点组成信息识别区域，信息识别区域支持定义成不同的图形样式和图形大小，系统能够识别放置在透明纳米膜上的多个Marker信息编码，圆形的黑点或白点处于图形的中心位置，用于获取基准的旋转角度。如图3所示，本发明实施例提供了一种基于Marker信息编码捕捉识别系统的捕捉识别方法，包括：S1：获取Marker信息编码步骤。获取Marker信息编码步骤是获取第二红外摄像机接收的Marker信息编码。S2：基准搜索步骤。基准搜索步骤是寻找Marker信息编码中心点，以Marker信息编码中心点为基准，判断中心点周围的不规则形状的信息，对于位于中心点周围的圆点，处理器按照顺时针排列的顺序整理这些圆点。在基准搜索步骤中还包括排除干扰步骤，具体为：红外摄像机在捕捉到的Marker信息编码中寻找带有拓扑结构的区域，所有具有拓扑特性的区域都被视为基准候选，然后对基准候选进行基准识别处理，利用区域邻接和区域之间角度的信息，通过排除Marker信息编码中心点周围区域的比特编码点的数量与基准信息比特大小不一致的基准候选，和排除与比特编码的点有无效角度关系的基准候选，最终确定基准。无效角度关系是指在不同拓扑结构内的点，不存在角度关系。具有拓扑特性的区域可以理解为，包含白色区域的黑色区域或者包含黑色区域的白色区域，只包含单一颜色的区域不具有拓扑特性。如图4所示，对于动态地Marker信息编码，还包括跟踪步骤，具体为：不仅可以识别Marker信息编码的基准信息，还可以识别Marker信息编码的方向位移、速度、加速度、旋转速度和旋转加速度信息。识别方向位移的方法为，Marker信息编码在运动过程中相对坐标的变化，相对坐标是Marker信息编码在距坐标原点的位置与透明纳米膜的比值。识别速度的方法为，在单位时间内，水平方向的速度为水平方向变化的坐标与透明纳米膜的宽度的比值，垂直方向的速度为垂直方向变化的坐标与透明纳米膜的高度的比值。识别加速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的运动速度与上一时刻运动速度的比值。识别旋转速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的旋转角度与上一时刻旋转角度之差与两倍圆周率的比值。识别旋转加速度的方法为，在单位时间内，当前时刻Marker信息编码的旋转速度与上一时刻旋转速度的比值。实际操作中的单位时间依据硬件的反应速度，为0.8毫秒。S3：计算Marker信息编码步骤。具体的，处理器按照顺时针排列的顺序整理这些圆点；计算Marker信息编码步骤是处理器根据不规则形状的信息，计算出不等长的二进制数，每个不等长的二进制数代表某一种场景信息。S4：确定场景步骤。具体的，依据传来的二进制指令确定场景信息，解码每个基准的基准信息。实施例二：本实施例与实施例一基本相同，其不同点在于，本实施例在实施例一的基础上进行Marker信息编码的捕捉识别，为了获得该方法的处理速度，即基准跟踪的消耗时长，采用测量平均每帧处理速度的方法，随机选取红外摄像机捕捉到的1000帧Marker信息编码图像计算平均数。为了更准确地测量基准跟踪的表现，实验排除了视频捕捉时间和彩色24bit图像转换到单色8bit图像的时间，在单色相机的系统里，彩色图像转换到单色图像的过程并不是必须的。实验分别选取红外摄像机分辨率为640*480、960*720和1600*1200，基准信息为8bit、12bit和16bit的Marker信息编码进行实验，实验结果如表1所示，在括号之外的值是在视频里输入4个不同基准的实验结果；括号之内的值是没有输入基准的实验结果，均在室内正常光照条件下进行测试，实验结果单位为兆秒。由实验结果可知，该方法能够快速适应高分辨率的实时视频输入的情况。表18bit12bit16bit640*4802.31(2.18)2.31(2.20)2.33(2.20)960*7204.99(4.82)4.99(4.83)5.02(4.85)1600*120013.75(13.70)13.82(13.77)13.94(13.75)我们采用和上述实验一样的测试环境来测试最小稳定基准，安装固定分辨率为640*480的红外摄像机，光照和摄像头的配置会影响最小尺寸的检测，当在100帧里至少90帧都被探测到的时候，这个基准就被视为是稳定基准。实验分别选取8bit、12bit和16bit的Marker信息编码，最小的稳定基准如表2所示，单位是像素每英寸，实验结果表明，比特数的大小对最小尺寸稳定基准的判断影响不大。表28bit12bit16bit最小稳定基准31*3132*3232*31本发明实施例所提供的一种Marker信息编码的捕捉识别系统及方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。需要注意的是，在本发明实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3