感兴趣ROI区域图像，加快了处理运算速度。
[0100] 下面W =角形形状的屯巧板作为举例对本发明进行具体说明：
[0101] 图6是S角形屯巧板未旋转时的结构示意图，图7是S角形屯巧板旋转后的结构示 意图；由=角形的=个顶点计算=角形旋转角度，首先，设定参考系中正旋转方向为逆时针 方向，S角形的零度位置为图6所示的位置，计算S角形旋转后如图7所示的旋转角ZA'OB;
[0102] 然后，利用A点、B点和0点的坐标，计算出角度在70~90度之内的角，即可判定该角 的顶点为0点，则0点就是直角S角形的顶点；
[0103] 然后，找出位于0点左侧的点B，利用平面几何的向量内积公式:0心-08=|04/|-OB I ? COS(y OB)，由于向量OA'和OB已知，所W它们的模I OA' I和I OB I也是已知的，然后利 用反S角函数公式即可求出旋转角Z A ' OB。
[0104] 本发明游戏交互设计巧妙；美观简单，判断更加快速，同时增强了趣味性和直观 性。
[0105] 本发明检测算法更加科学、成熟，将图像的透视变换、灰度化转换、图像卷积、边缘 检测、形态学角度等图像算法相结合使用，能够快速的判断出屯巧板的摆放位置是否准确， W及判断出屯巧板的摆放形状，便于屯巧板位置的快速调节，提高图像采集W及分析结果 的准确率。
[0106] 本发明计算速度快;每次定位检测耗时在IOOms左右，为玩家提供流杨的使用体 验。
[0107] 本发明性能稳定，在对不同平板电脑安装于教育玩具套件内的情况下，针对3千幅 图片进行了采集测试，误识别率和漏检率在0.2% W下。
[0108] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，运些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等 同物界定。
【主权项】
1. 一种教育玩具套件，包括:支架、头盔探测器和底板，并且所述支架安装于底板上，所 述头盔探测器安装于支架上，所述底板上方设置有第一凹槽;所述支架底部具有凸起，所述 凸起安装在第一凹槽内，顶部具有第二凹槽和第三凹槽，所述第二凹槽用于放置平板电脑； 所述头盔探测器安装于第三凹槽内；其特征在于，还包括:定位孔，设置于所述第三凹槽侧 壁的纵向中心轴上。2. -种教育玩具套件中检测七巧板摆放形状、位置的方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤一，在平板电脑中安装游戏程序，再将平板电脑的底端安装于第二凹槽内，通过第 四凹槽将头盔探测器安装于平板电脑的顶端，再将七巧板放置于底板上； 步骤二，固定安装好后，通过平板电脑的前置摄像头采集图像； 步骤三，对所述步骤二中采集到的图像进行视角转换，得出七巧板中彩色板个数判断 七巧板摆放位置是否准确，如果不准确则重新摆放七巧板，重复执行所述步骤二至三，如果 准确则执行步骤四； 所述步骤四，计算所述步骤三中彩色板边缘轮廓的边长、角度和边长比例，结合平板电 脑中预先设置的七巧板的各个彩色板的边缘轮廓的原始像素值，计算出每个彩色板的位置 和旋转角度，得出七巧板的摆放形状。3. 根据权利要求2所述的一种教育玩具套件中检测七巧板摆放形状、位置的方法中，其 特征在于，所述步骤二的具体步骤为： 将平板电脑前置摄像头所获取图像定义为Ixy，Ixy = f (X，y); 其中，（X，y)表示图像像素点的位置坐标，f(x，y)表示图像的在(X，y)上的像素值； 由于摄像头采集的图像为彩色图片，因此f (X，y) = (Rxy，Gxy，Bxy); 其中，Rxy表示图像像素点在红色通道的色彩值，Gxy表示图像像素点在绿色通道的色彩 值，Bxy表示图像像素点在蓝色通道的色彩值。4. 根据权利要求3所述的一种教育玩具套件中检测七巧板摆放形状、位置的方法中，其 特征在于，所述步骤三的具体步骤为： a) 由于所述步骤二中平板电脑顶部的摄像头相对于底板来说是具有一个倾斜视角的， 因此所述步骤二中采集到的图像为斜视角图像，采用透视变换原理，将斜视角图像转换为 俯视的正视角图像； b) 将所述步骤a)中得到的正视角图像转换为灰度图像，具体公式为： Gray(x，y) = 0 · 2989 XRxy+O · 5870 XGxy+O · 1140 XBxy; 其中，Gray(x，y)表示灰度图像； c) 使用边缘检测算法检测灰度图像中的强边缘； 图像的边缘是指灰度图像中灰度变化比较剧烈的部分，灰度值的变化程度采用相邻像 素间的梯度变化来定量表示，梯度是一阶二维导数的二维等效式，具体计算过程为： 首先，计算相邻像素的差分，具体公式为： Gx = f[i, j+l]-f[i, j] Gy = f[i，j]_f[i+l，j] 其中，Gx表示相邻像素在x方向上的差分，Gy表示相邻像素在y方向上的差分，f[i，j+l] 表示图像在第i行第j+1列的像素值，f[i，j]表示图像在第i行第j列的像素值;f[i+l，j]表 示图像在第i+1行第j列的像素值； 进一步地，计算相邻像素间的梯度，具体公式为：其中，G(x，y)表示表示图像的在(x，y)点上梯度值，￡表示像素值在X方向上求导，g表 示像素值在y方向上求导； 进一步地，计算边缘点的梯度幅值，所有边缘点的梯度幅值集合即为提取的边缘轮廓； 由于待检测的七巧板目标，在转换为灰度图后，不同的彩色板之间反差较大，因此可以 将反差很大的彩色板的轮廓视为当前图像的边缘，进而采用边缘检测的方法提取出边缘点 的梯度幅值集合，即为七巧板的边缘轮廓;常规的边缘提取算法，包括Sobel算子、Roberts 算子、Prewitt算子和Canny算子绝目伙7'、#^1-s 其中，|G(x，y) |表示边缘点的梯度幅值； d) 由所述步骤c)中得出的七巧板边缘轮廓由于是一个边缘点梯度幅值集合，所以会出 现断线或者具有多条平行边缘的情况，因此，对所述步骤c)中得出的七巧板边缘轮廓进行 膨胀处理，使平行的边缘合并为一个边缘，并且把断了的边缘连接起来，得到七巧板膨胀边 缘轮廓； e) 对所述步骤d)中的七巧板膨胀边缘轮廓进行分析，筛选出三角形和四边形的边缘轮 廓； f) 采用七巧板的特定形状、边长比例、大小、角度和位置的先验知识过滤掉步骤d)中与 上述先验知识不符的的边缘轮廓，计算剩余边缘轮廓的个数，如果个数为7个则证明摆放位 置准确，执行所述步骤四，如果个数不为7个则证明摆放位置错误，需要重新摆放七巧板，重 复所述步骤一至三。5.根据权利要求4所述的一种教育玩具套件中检测七巧板摆放形状、位置的方法中，其 特征在于，所述步骤三的步骤a)中还包括:根据先验知识，对正视角图像进行剪切，得出感 兴趣R0I区域图像，加快了处理运算速度。
【专利摘要】本发明涉及计算机视觉检测处理技术领域，提供了一种教育玩具套件及检测七巧板摆放形状、位置的方法，包括支架安装于底板上，头盔探测器安装于支架上，底板上设置有第一凹槽；支架底部具有凸起，凸起安装在第一凹槽内，顶部具有第二、第三凹槽；头盔探测器安装于第三凹槽内；还包括定位孔。将安装有游戏程序的平板电脑安装于教育玩具套件上，将七巧板放置于底板上；通过平板电脑采集图像；对图像进行视角转换，得出七巧板中彩色板个数；计算彩色板边缘轮廓的边长、角度和边长比例，结合预先设置的七巧板原始像素值，得出七巧板的摆放形状。本发明能够快速的检测出七巧板摆放位置是否准确以及七巧板摆放形状，提高图像采集以及分析结果的准确率。
【IPC分类】G06T7/00, A63F9/10, G06T7/40
【公开号】CN105719307
【申请号】CN201610053798
【发明人】杜鹏, 范旭, 孙贤军, 程潇, 巢建树
【申请人】上海葡萄纬度科技有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月26日