一种教育玩具套件及其海洋模具识别方法与流程

本发明涉及计算机视觉检测处理技术领域，特别涉及一种教育玩具套件及其海洋模具识别方法。

背景技术：

现在平板电脑上有许多有趣的幼教游戏应用程序或者儿童游戏，但往往只是让小朋友在屏幕上指指画画，互动性欠缺，长时间看着屏幕容易对眼睛造成伤害；而当下一些互动性强的传统性游戏玩具已经脱离了时代的发展，形式上无法满足孩子学习、玩耍的需求，也不便于孩子和家长的互动沟通。

为了解决上述问题，计算机视觉与图像处理技术领域成功地开发了一种教育玩具套件，包括：支架、头盔探测器，底板，在平板电脑内安装游戏程序，通过平板电脑的摄像头采集放置于平面上的底板的图像。上述的教育玩具套件虽然解决了平板电脑中游戏的互动性欠缺的问题，但是底板的摆放位置会出现偏差，导致摄像头不能采集到完整的图像，图像容易采集出错，分析结果不准确等问题的出现。

因此，计算机视觉与图像处理技术领域急需一种教育玩具套件及其海洋模具识别方法，通过平板电脑的摄像头采集海洋模具信息，根据颜色和识别区域判定采用的模具，提取模具上凹槽中的图形，若识别出来的模具与程序所需模具不匹配，则指导儿童更换模具，增强游戏的趣味性、儿童动手能力以及互动性；并且能够快速正确的检测出采用的海洋生物模具，提高图像采集以及分析结构的准确率。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提供了一种教育玩具套件及其海洋模具识别方法，技术方案如下：

一种教育玩具套件，包括：支架、头盔探测器、底板和海洋模具，并且头盔探测器安装于支架上，底板放置于平面上，海洋模具放置于底板上，在海洋模具的中间位置设置有海洋生物凹槽，边缘位置设置有生物标识符；支架底部具有凸起，顶部具有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽用于放置平板电脑，平板电脑采集海洋模具信息；头盔探测器安装于第二凹槽内；

头盔探测器，还包括本体、第三凹槽、2个扇形块和凸面镜，并且第三凹槽位于本体内，用于夹持不同型号的平板电脑，在第三凹槽夹持平板电脑屏幕的端点处设置有凸面镜，凸面镜的另一端安装于头盔探测器边缘上，凸面镜与水平面夹角成锐角，第三凹槽夹持平板电脑屏幕的端点高于平板电脑的摄像头位置，2个扇形块位于凸面镜的2个边缘上，用于固定凸面镜和夹持平板电脑。

优选的，一种教育玩具套件，海洋模具包括：海星、章鱼、海马、海豚和鱼类。

优选的，一种教育玩具套件，生物标识符为数字或对应的生物。

一种教育玩具套件的海洋模具识别方法，包括如下步骤：

步骤一，在平板电脑中安装游戏程序，再将底板放置于平面上，平板电脑的底端安装于第一凹槽内，通过第二凹槽将头盔探测器安装于平板电脑的顶端，再将海洋模具放置于海洋游戏底板上；

步骤二，固定安装好后，通过平板电脑的前置摄像头实时采集彩色图像；

步骤三，检测图像中海洋模具的标识符和颜色，判断出海洋模具位置摆放是否准确。

优选的，在上述的一种教育玩具套件的海洋模具识别方法中，步骤二中前置摄像头采集的彩色图像为I_xy，I_xy＝f(x,y)＝(R_xy,G_xy,B_xy)，其中，(x,y)表示彩色图像像素点的位置坐标，f(x,y)表示图像在像素点坐标位置处的像素值，R_xy表示图像像素点在红色通道的色彩值，G_xy表示图像像素点在绿色通道的色彩值，B_xy表示图像像素点在蓝色通道的色彩值。

优选的，在上述的一种教育玩具套件的海洋模具识别方法中，步骤三的具体步骤为：

步骤1)，针对步骤二中的彩色图像I_xy，检测底板的位置和角度，从彩色图像I_xy中提取海洋模具图像；

a)采用透视变换原理，将彩色图像I_xy转换成由上而下俯视的正视角图像；

b)根据先验知识，在正视角图像中提取出底板感兴趣区域图像，即海洋模具放置的有效识别区域；

步骤2)，检测当前感兴趣区域的编码，与海洋生物模具编码表进行比较，判断出海洋模具位置摆放是否准确；

首先，在提取出来的感兴趣区域内，将该感兴趣区域按照九宫格均分成9份，再切割出来左下角、左上角和右上角的子图像；

进一步地，分别扫描每个子图像，如果子图像颜色的像素值超过颜色阈值，则认为子图像内有生物标记符，否则认为没有；

进一步地，与海洋生物模具编码表进行比较，如果相同则平板电脑显示海洋模具摆放位置准确，则平板电脑告诉上层客户端，当前海洋模具摆放位置准确了，客户端就会在感兴趣区域内根据当前游戏场景与让用户使用的模具的先验信息提取出海洋生物所在区域的像素，对应的贴图在预先做好的3D海洋生物模型上；否则平板电脑显示海洋模具摆放位置错误，并且给出指导选择正确的模具，即客户端在游戏界面上播放一个预先设置好的提示或者动画对客户进行指导。

优选的，在上述的一种教育玩具套件的海洋模具识别方法中，步骤2)中的海洋生物模具编码表是根据模具左下、左上和右上有没有标识符，有记为1，没有记为0，则可以完成12个模具的编码，再与标记符颜色相结合，即可唯一确定当前摆放模具，具体海洋生物模具编码表为：

本发明的有益效果：

1、本发明巧妙的将应用计算机视觉图形识别技术与颜色编码方案相结合使用，能够准确检测海洋小鱼模具是否是正确的模具并且摆放到了正确的位置，具有运算速度快，定位准确，将硬件与软件技术很好地统一起来，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。

2、本发明检测算法更加科学、成熟，将图像的透视变换、图像切割等算法相结合使用，能够快速的判断出摆放的海洋生物模具。

3、本发明计算速度快；每次定位检测耗时在30ms左右，为玩家提供流畅的使用体验。

4、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％以下。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1是本发明一种教育玩具套件的结构示意图。

图2是本发明一种教育玩具套件中头盔探测器的结构示意图。

图3是本发明一种教育玩具套件的海洋模具识别方法的流程图。

其中，图1-3中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

支架1，第一凹槽102，第二凹槽103，头盔探测器2，本体201，第三凹槽202，扇形块203，反光镜204，底板3，海洋模具4.海洋生物凹槽401，生物标识符402。

具体实施方式

为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

实施例1：

图1是本发明一种教育玩具套件的结构示意图。

图2是本发明一种教育玩具套件中头盔探测器的结构示意图。

如图1-2所示，一种教育玩具套件的海洋模具识别方法，包括支架1、头盔探测器2、底板3和海洋模具4，并且头盔探测器2安装于支架1上；底板3放置于平面上，海洋模具4放置于底板3上，在海洋模具4的中间位置设置有海洋生物凹槽401，边缘位置设置有生物标识符402；支架1，顶部具有第一凹槽102和第二凹槽103，第一凹槽102用于放置平板电脑，平板电脑采集海洋模具信息；头盔探测器2，安装于第二凹槽103内；头盔探测器2还包括：本体201、第三凹槽202、2个扇形块203和凸面镜204，并且第三凹槽202位于本体201内，用于夹持不同型号的平板电脑，在第三凹槽202夹持平板电脑屏幕的端点处设置有凸面镜204，凸面镜204的另一端安装于头盔探测器2边缘上，凸面镜204与水平面夹角成锐角，第三凹槽202夹持平板电脑屏幕的端点高于平板电脑的摄像头位置，2个扇形块203位于凸面镜204的2个边缘上，用于固定凸面镜204和夹持平板电脑。

本实施例中，海洋模具4包括：海星、章鱼、海马、海豚和鱼类。、

本实施例中，生物标识符402为数字或对应的生物。

图3是本发明一种教育玩具套件的海洋模具识别方法的流程图。

如图3所示，一种教育玩具套件的海洋模具识别方法，包括如下步骤：

步骤一，在平板电脑中安装游戏程序，再将底板放置于平面上，平板电脑的底端安装于第一凹槽内，通过第二凹槽将头盔探测器安装于平板电脑的顶端，再将海洋模具放置于海洋游戏底板上；

步骤二，固定安装好后，通过平板电脑的前置摄像头实时采集彩色图像；

前置摄像头采集的彩色图像为I_xy，I_xy＝f(x,y)＝(R_xy,G_xy,B_xy)，其中，(x,y)表示彩色图像像素点的位置坐标，f(x,y)表示图像在像素点坐标位置处的像素值，R_xy表示图像像素点在红色通道的色彩值，G_xy表示图像像素点在绿色通道的色彩值，B_xy表示图像像素点在蓝色通道的色彩值；

步骤三，检测图像中海洋模具的标识符和颜色，判断出海洋模具位置摆放是否准确；

步骤1)，针对步骤二中的彩色图像I_xy，检测底板的位置和角度，从彩色图像I_xy中提取海洋模具图像；

b)采用透视变换原理，将彩色图像I_xy转换成由上而下俯视的正视角图像；

b)根据先验知识，在正视角图像中提取出底板感兴趣区域图像，即海洋模具放置的有效识别区域；

步骤2)，检测当前感兴趣区域的编码，与生物编码表进行比较，判断出海洋模具位置摆放是否准确；

首先，在提取出来的感兴趣区域内，将该感兴趣区域按照九宫格均分成9份，再切割出来左下角、左上角和右上角的子图像；

进一步地，分别扫描每个子图像，如果子图像颜色的像素值超过颜色阈值，则认为子图像内有生物标记符，否则认为没有；

进一步地，与海洋生物模具编码表进行比较，如果相同则平板电脑显示海洋模具摆放位置准确，则平板电脑告诉上层客户端，当前海洋模具摆放位置准确了，客户端就会在感兴趣区域内根据当前游戏场景与让用户使用的模具的先验信息提取出海洋生物所在区域的像素，对应的贴图在预先做好的3D海洋生物模型上；否则平板电脑显示海洋模具摆放位置错误，并且给出指导选择正确的模具，即客户端在游戏界面上播放一个预先设置好的提示或者动画对客户进行指导；

根据模具左下、左上和右上有没有标识符，有记为1，没有记为0，则可以将12个模具编码如下表，再与标记符颜色相结合，即可唯一确定当前摆放的模具，客户可以根据模具编码预先设置好对应的海洋生物模具，具体见下表：

海洋生物模具编码表

本发明巧妙的将应用计算机视觉图形识别技术与颜色编码方案相结合使用，能够准确检测海洋小鱼模具是否是正确的模具并且摆放到了正确的位置，具有运算速度快，定位准确，将硬件与软件技术很好地统一起来，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。

本发明检测算法更加科学、成熟，将图像的透视变换、图像切割等算法相结合使用，能够快速的判断出摆放的海洋生物模具。

本发明计算速度快；每次定位检测耗时在30ms左右，为玩家提供流畅的使用体验。

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％以下。

以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，这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其等同物界定。