基于光标签的场景重构方法与流程

本发明涉及场景重构的方法，具体为基于光标签的场景重构方法。
背景技术：
：光标签由于其独特的信息传递特性，能够作为VR(虚拟现实)采集设备在实体空间中的锚点，对空间位置进行标定。基于这些光标签锚点，软硬件设备就可以将实体空间中的物体按照真实位置关系投影到VR空间中，从而建立二者的映射。基于这两种空间的映射，则更多的高级应用可以被实现，例如实体交互访问、空间定位与漫游、关联计算等。然而，仅有锚点建立空间的映射关系还不够，因为在整个虚拟空间中，除了锚点之外，锚点间的空白还需要进行填充，从而更有利于用户对VR空间的判读、理解，所填充的图像还需达到突出、强化光标签的目的。此处，解决该问题可以采用的方法之一就是将实体空间的背景图像同步采集下来，处理后填充到VR场景中。由于并不是所有背景图像信息都与光标签的应用相关，因此就需要对这些背景图进行适当处理，包括重要特征强调、渲染和无关信息的简化等，再与光标签图像进行叠加显示，完成对场景的重构，目前还没有相关的光标签场景重构方法。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于光标签的场景重构方法，能够对光标签传递信息进行强化和突出，排除其他无关信息的干扰，保证信息传递的准确性和高效性。本发明是通过以下技术方案来实现：基于光标签的场景重构方法，包括如下步骤，步骤1，在单位时间内，通过光标签识别设备进行光标签扫描，发现场景中的光标签，并拍摄光标签图像；将光标签的定位标识坐标位置从帧图像映射到光标签图像中，作为定位点；步骤2，采集光标签所在场景中的背景图像，所述的背景图像包括场景中除定位点以外的所有图像区域；步骤3，对背景图像依次进行图像尺寸比例缩放、图像信息简化、图像边缘增强处理和图像渲染，得到重构的背景图像；步骤4，将重构的背景图像和光标签图像进行融合叠加，得到重构场景发送到VR显示设备中完成该单位时间内的场景重构。优选的，步骤1的具体步骤如下，光标签识别设备连续采集多帧场景图像，并拍摄一幅包括定位点的光标签的图像；对相邻的任意两帧做差分得到差值图，在差值图中找到光标签的定位标识，得到光标签在光标签图像中的坐标位置；从而将光标签中发光定位标识坐标位置从帧图像映射到光标签图像中，得到光标签的坐标位置与光标签图像重合的定位点；其中，相邻帧之间的采集时间不小于光标签动态定位标识符两次闪烁的时间间隔。进一步，当映射得到的发光定位标识坐标和光标签图像中实际的发光定位标识坐标并不完全重合时；首先，根据光标签和发光定位标识的位置关系，得到光标签在光标签图像中的位置范围和场景区域；其次，在包含光标签的场景区域内，对多帧图像中的定位标识符进行搜索识别，分别得到多帧图像中定位标识对应的坐标，进而得到所有对应坐标的均值作为光标签的定位标识与光标签图像的重合点，即定位点。优选的，步骤2的具体步骤如下，利用光标签识别设备中非光标签采集的时隙进行背景图像的采集。优选的，步骤3的具体步骤如下，步骤3.1，图像尺寸比例缩放；将实体空间的背景图像显示比例与VR空间中的显示比例一致，得到缩放背景图像；步骤3.2，图像信息简化；将缩放背景图像进行灰度化处理，得到灰度预处理背景图像；采用RGB颜色分量、热量、光照强度或能量反射，去除灰度预处理背景图像中无关的图像信息实现简化，得到灰度背景图像；步骤3.3，图像边缘增强处理；对灰度背景图像I2进行高通滤波得到增强预处理背景图像I2’，然后由下式得到边缘增强背景图像I3，I3＝I2+k·I2’；其中，k为调节系数；步骤3.4，图像渲染；通过光标签解码方法对光标签信息进行内容获取，根据光标签信息中存储的帧信息内容与RGB值及渲染条纹的对应渲染特征，以光标签的位置为圆心，以可调的像素位数r为半径对边缘增强背景图像进行渲染，得到重构后的背景图像。进一步，步骤3.2中，利用灰度背景图像中RGB颜色分量对无关信息进行去除简化时，采用如下三种方法中的任意一种，最大值法，R＝G＝B＝Max(R,G,B)；平均值法，R＝G＝B＝(R+G+B)/3；加权平均值法，R＝G＝B＝wr·R+wg·G+wb·B；其中，R、G、B为灰度预处理背景图像的任意像素的RGB颜色分量值；wr、wg、wb分别为R、G、B的权值，wr、wg、wb处于[0,1]区间。进一步，步骤3.4中，解码方法由光标签的信号单元中的算法标志位注明编码，并通过编码在标准的解码算法数据库获得。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明在进行基于光标签的实体空间与VR空间的映射时，将光标签作为定位“锚点”，形成上述两种空间的位置准确对应，同时还需要对现实场景的图像信息进行特别处理、重构场景，形成完整的VR空间并突出光标签的显示；通过对背景图像和光标图像的分离，并对背景图像进行重构处理，解决在图像中增强光标签显示，同时提出与光标签相关性不高的背景信息，使得用户更加专注于光标签的显示。附图说明图1本发明实例中所述的光标签样例。图2本发明实例中所述的场景重构示意图。图3本发明实例中所述的信息简化后的图像示意图。图4本发明实例中所述的重构后的虚拟空间场景。图5本发明基于光标签的场景重构方法流程图。图中：1为光标签识别设备，2为光标签所处的真实场景，3为光标签，4为场景中的背景物体，5为场景重构处理服务器，6是真实场景在虚拟空间的重构映像。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。本发明在进行基于光标签的实体空间与VR空间的映射时，将光标签作为定位“锚点”，形成上述两种空间的位置准确对应，同时还需要对现实场景的图像信息进行特别处理、重构场景，形成完整的VR空间并突出光标签的显示。所述的光标签样例如图1所示。光标签包括信号单元(cell)组(或简称为“数据位”)和定位标识(或简称为“标志位”)两部分，其中定位标识为上图三个较大的矩形框(三个此矩形框称为“一组定位标识符”)，工作状态下定位标识以一定的频率同步闪烁，通过图像差分的方法可以很快得被摄像设备检测出来，进而借助定位标识可以确定信号单元的位置，从而进行数据识别与读取；信号单元为定位标识间的黑白矩形，多个信号单元构成一组，通常信号单元组成5×5(不限于)的阵列，每个信号单元表示数字信号的“0”或“1”，整个信号单元组组成的矩阵构成一帧的数字信号序列(这里标识位的边长为数据位边长的两倍，更加便于定位)，为了增加信号单元表示的数据空间，工作状态下各信号单元也可按照预定的程序进行闪动，从而将更多的信号内容通过多帧显示。这时需要在多帧中给出一个起始帧/结束标识帧，用于标定多帧一个完整周期的开始/结束位置，该帧信号单元组设定为一个特殊的数据组合，如：全0或全1或任何不与实际可能表述的信息相异的特殊组合。本发明基于光标签的场景重构如图2所示。基于光标签的场景重构方法以一个单位时间为一周期，循环执行，如图5所示，其过程是：步骤一：进行光标签扫描，发现场景中的光标签；上述光标签扫描的方法如下：光标签识别设备1连续采集多帧标签图像，记为：f0，f1，…，fm，相邻帧之间的采集时间不小于动态定位标识符两次闪烁的时间间隔；紧接着，拍摄一幅光标签图像，记为p；对相邻的任意两帧做差分得到差值图，在差值图中找到光标签3的定位标识，进一步获得其在光标签图像中的坐标位置；将发光单元的位置坐标从帧图像映射到光标签图像中；由于可能存在手抖等原因，映射得到的发光定位标识坐标和光标签图像p中实际的发光定位标识坐标并不完全重合，这时根据光标签和发光定位标识的位置关系，可得到光标签在光标签图像中的位置范围和场景区域，在包含光标签的场景区域内，对多帧图像中定位标识符进行搜索识别，分别得到多帧图像中定位标识的坐标，计算这些坐标的均值作为最终的光标签的定位标识与光标签图像p的重合点，即定位点。步骤二：将除定位点外所有图像区域认定为是背景图像；采集光标签所在场景中的背景图像，由于光标签识别设备的摄像或拍照设备不是在所有的图像采集时隙都用于光标签的数据采集，因此可利用非光标签采集的时隙进行背景图像的采集；在单位时间段T内，T＝[t1,m1,t2,m2,t3,m3,t4,m4,t5,m5,t6,…]，其中ti是光标签数据采集时隙，i为正整数，mj为非光标签采集时隙，j为正整数，则在上述非光标签数据采集时隙获得的背景图像表示为I，采集I时需将摄像或拍照设备采用为上一时隙的快门速度；步骤三：对背景图像进行处理重构，上述图像重构的方法如下：首先对背景图像进行尺寸比例缩放，使得实体空间的背景图像显示比例与VR空间中的显示比例一致，记源背景图像为I0，则比例缩放后的缩放背景图像为I1，此处进行图像比例缩放的方法可以是任意图像缩放处理方法；光标签场景信息简化，此处对背景图进行灰度化处理，得到灰度预处理背景图像，去除灰度预处理背景图像中无关的图像信息实现简化，得到灰度背景图像I2，可选择以下方法其一进行该处理，三种方法如下：●最大值法：R＝G＝B＝Max(R,G,B)；●平均值法：R＝G＝B＝(R+G+B)/3；●加权平均值法：R＝G＝B＝wr·R+wg·G+wb·B，此处，R、G、B为灰度预处理背景图像的任意像素RGB颜色分量值，wr、wg、wb分别为R、G、B的权值，wr、wg、wb处于[0,1]区间，Max是最大值求值函数，最终得到灰度背景图像I2，此处也可以依据其它不同的量化指标对图像进行简化处理，如：热量、光照强度、能量反射等，如图3，而不限于RGB颜色分量；对光标签场景信息强化，此处对灰度背景图像I2进行边缘增强处理，具体是对灰度背景图像I2进行高通滤波，得到增强预处理背景图像I2’，按照下式进行计算：I3＝I2+k·I2’；上式中，k为调节系数，则得到经过边缘增强背景图像I3；进行光标签场景信息渲染，通过光标签解码方法对光标签信息进行内容获取，该解码方法由光标签的信号单元中算法标志位注明编码，并通过编码在标准的解码算法数据库中获得；若得到当前光标签该帧的信息为m，在下面颜色列表中查询对应颜色：信息内容RGB值纹理样式m(R、G、B)T此处，T为纹理样式，可采用任何来自第三方的资源实现；该列表为预先设定；以光标签的位置为圆心，以可调的像素位数r为半径按照上面帧信息内容与RGB值及渲染条纹的对应的渲染特征对边缘增强背景图像I3进行渲染，r>0；经过上述处理，得到重构后的背景图像I4，重构后的背景图像I4去除了与光标签无关的冗余图像信息并增强了光标签周围的图像显示；步骤四：将重构后的背景图像与光标签图像进行叠加，提交给VR显示设备，完毕，如果需要则进行下一个时间周期的上述处理，最终得到类似图4的处理结果。本发明实现了在图像中增强光标签显示，同时提出与光标签相关性不高的背景信息，使得用户更加专注于光标签的显示。实际使用中，能够实现如下场景和功能。用户U借助光标签技术漫游访问商业街道，为了使得光标签在其使用的VR设备(Google眼镜)中突出显示，需要对场景重构。首先用户U使用图像采集设备获得面前图像；通过光标签扫描发现面前有两个光标签，分别标识一家餐馆和一家旅店；识别后，本方法分别利用不同时隙采集到了光标签编码信息和当前场景信息；对场景信息进行重构，将指向旅店的光标签周围背景进行线条增强，让用户看清酒店的轮廓和规模，并将酒店颜色渲染成柔和的淡绿色；将指向餐馆的光标签周围背景进行线条弱化，让用户看清餐厅内部的格调，并将颜色渲染成鲜艳的黄色；在上述背景重构方法的帮助下，用户U更加容易关注到对应的光标签，并享受其所提供的服务，排除了其它无关信息的过分干扰。当前第1页1 2 3