一种基于二维码定位的书法教学转播系统及转播方法与流程

本发明涉及网络教学技术领域，用于书法、绘画教学的不失真传播，尤其是一种基于二维码定位的书法教学转播系统及转播方法。

技术背景

随着信息技术的发展，网络授课的教学方式被广大线上教学机构所青睐。线上直播教学的过程中需要使用摄像器材采集授课者的板书信息，尤其是对于书法或绘画授课，对控制画面传输的失真度要求很高，哪怕存在微小的失真，将对书法或绘画的本意造成曲解，导致书法或绘画的精髓不能精准的表达。存在的问题是，现有技术使用的摄像器材不具有自动透视转换的功能，即摄像头的架设角度不同，所拍摄的图像信息产生不同程度的变形，这个变形将会直接降低网络书法或绘画授课的教学效果。如何在图像采集、传播的过程中，对原图象进行一次精准的矫正，可以避免由于透视角度不同带来的图像误差、乃至造成视觉误差，确保书法或绘画的精髓在网络授课的过程中也能精准的表达，大大提高网络书法或绘画教学的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于二维码定位的书法教学转播系统及转播方法，本发明采用二维码定位板作为原版，由于摄像头拍摄机位的原因，导致图像变形，通过图像矫正器内设的矩形二维码板框作为矫正版，将摄像头拍摄的原图像传输至计算机，由计算机的图像存储器保存，由图像矫正器将原图像的四个二维码与矩形二维码板框的四个二维码比对矫正，使原版与矫正版的左上二维码、右上二维码、左下二维码及右下二维码的四个二维码一一重叠，完成图像的矫正，并由计算机的以太网接口发送至教学点，实现二维码定位的书法教学转播。本发明能够有效克服摄像头由于倾斜导致画面变形的缺陷，准确获取与传播二维码定位板的真实画面信息，具有结构简单，操作方便，画面稳定精准的优点。

实现本发明目的的具体实施方案是：

一种基于二维码定位的书法教学转播系统，其特点包括摄像头、摄像头支架、二维码定位板及计算机；

所述摄像头上设有蓝牙接口及usb接口；

所述摄像头支架为通用的三脚架；

所述二维码定位板为多种规格的矩形板，矩形板的四个角上分别设有四个不同的二维码，其依次为左上二维码、右上二维码、左下二维码及右下二维码，矩形板上除去四个二维码的区域均为书写区；

所述计算机外设数据接口及以太网接口，内设有图像存储器及图像矫正器，

所述图像矫正器内设有与二维码定位板相同的多规格的矩形二维码板框，且矩形二维码板框的四个角上分别设有与二维码定位板相同的左上二维码、右上二维码、左下二维码及右下二维码；

所述摄像头设于摄像头支架上，摄像头的usb接口与计算机的数据接口经数据线连接；摄像头采集的原图像由数据线传输至计算机，计算机将矫正的图像经以太网接口发送至教学点。

一种基于二维码定位的书法教学转播方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

a）、拍摄原图像

将摄像头设于摄像头支架上，将欲转播的书法字样书写在二维码定位板上，由摄像头进行拍摄，获得原图像；

b）、传输原图像

将摄像头的usb接口与计算机的数据接口经数据线连接，将摄像头拍摄的原图像经数据线传输至计算机，由计算机的图像存储器保存；

c）、矫正原图像

将图像存储器内的原图像输送至图像矫正器，图像矫正器选用与二维码定位板同一规格的二维码板框，图像矫正器移动二维码定位板四个角上的二维码，使二维码定位板上的四个二维码分别与二维码板框上四个角的二维码一一重叠，原图像矫正完成；

d）、播放图像

将矫正完成后的图像经计算机的以太网接口发送至教学点，实现二维码定位的书法教学转播。

本发明采用二维码定位板作为原版，采用图像矫正器内设的矩形二维码板框作为矫正版，将摄像头拍摄的原图像传输至计算机，由计算机的图像存储器保存，由图像矫正器将原图像的四个二维码与矩形二维码板框的四个二维码比对矫正，使原版与矫正版的左上二维码、右上二维码、左下二维码及右下二维码的四个二维码一一重叠，完成图像的矫正，并由计算机的以太网接口发送至教学点，实现二维码定位的书法教学转播。本发明能够有效克服摄像头由于倾斜导致画面变形的缺陷，准确获取与传播二维码定位板的真实画面信息，具有结构简单，操作方便，画面稳定精准的优点。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明摄像头拍摄的原图像的示意图；

图3为本发明经计算机完成矫正后的矫正图像示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明的系统包括摄像头1、摄像头支架2、二维码定位板3及计算机4；

所述摄像头1上设有蓝牙接口及usb接口；

所述摄像头支架2为通用的三脚架；

所述二维码定位板3为多种规格的矩形板，矩形板的四个角上分别设有四个不同的二维码，其依次为左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34，矩形板上除去四个二维码的区域均为书写区；

所述计算机4外设数据接口及以太网接口，内设有图像存储器及图像矫正器，

所述图像矫正器内设有与二维码定位板3相同的多规格的矩形二维码板框41，且矩形二维码板框41的四个角上分别设有与二维码定位板3相同的左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34；

所述摄像头1设于摄像头支架2上，摄像头1的usb接口与计算机4的数据接口经数据线连接；摄像头1采集的原图像由数据线传输至计算机4，计算机4将矫正的图像经以太网接口发送至教学点。

本发明教学转播方法包括如下步骤：

a）、拍摄原图像

参阅图1、图2，将摄像头1设于摄像头支架2上，将欲转播的书法字样书写在二维码定位板3上，由摄像头1进行拍摄，获得原图像；

b）、传输原图像

参阅图1、图2，将摄像头1的usb接口与计算机4的数据接口经数据线连接，将摄像头1拍摄的原图像经数据线传输至计算机4，由计算机4的图像存储器保存；

c）、矫正原图像

参阅图1、图3，将图像存储器内的原图像输送至图像矫正器，图像矫正器选用与二维码定位板3同一规格的二维码板框41，图像矫正器移动二维码定位板3四个角上的二维码，使二维码定位板3上的四个二维码分别与二维码板框41，上四个角的二维码一一重叠，原图像矫正完成；

d）、播放图像

参阅图1、图3，将矫正完成后的图像经计算机4的以太网接口发送至教学点，实现二维码定位的书法教学转播。

本发明的工作过程

参阅图1，本发明工作时，首先设定二维码定位板3的规格为1：1或9:16的矩形板，矩形板的四个角上分别设有四个不同的二维码，其依次为左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34，矩形板上除去四个二维码的区域均为书写区。

设定图像矫正器内二维码板框41的规格为1：1或9:16的矩形板框，且矩形二维码板框41的四个角上分别设有与二维码定位板3相同的左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34，确保原图像与矫正后的图像呈同比例的缩放，设定完成后，实施步骤如下：

a）、拍摄原图像

参阅图1、图2，将摄像头1设于摄像头支架2上，将欲转播的书法字样书写在二维码定位板3上，由摄像头1进行拍摄，获得原图像；此时，当摄像头1的机位与二维码定位板3不能处于正投影的角度时，所获得的原图像会产生变形。

b）、传输原图像

参阅图1、图2，将摄像头1的usb接口与计算机4的数据接口经数据线连接，将摄像头1拍摄的原图像经数据线传输至计算机4，由计算机4的图像存储器保存。

c）、矫正原图像

参阅图1、图3，将图像存储器内的原图像输送至图像矫正器，图像矫正器选用与二维码定位板3同一规格为1：1的二维码板框41，图像矫正器识别并移动二维码定位板3四个角上的二维码，使二维码定位板3上的四个二维码分别与二维码板框41上四个角的二维码一一重叠，原图像矫正完成；

d）、播放图像

参阅图1、图3，将矫正完成后的图像经计算机4的以太网接口发送至教学点，实现二维码定位的书法教学转播。

本发明计算机矫正原图像的过程如下：

摄像头1由二维码定位板3上获取依次设有左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34四个二维码的图像，即原图像，并将原图像传输到计算机4，计算机4可以分别识别到各个二维码的信息：二维码的编码及二维码的四个角点的坐标；

计算机获取二维码基于aruco+python+opencv的二维码识别算法；

gray=cv2.color(img,cv2.color_bgr2gray)

corners,ids,rejectedimgpoints=aruco.detectmarkers(gray,self.dictionary,parameters=self.parameters)

其中img为包含四个二维码的原图像，gray是由原图像转化而来的灰度图，corners为各个二维码的四个顶点的坐标，ids为各个二维码的编号，corners与ids中所包含的信息对应，通过对比ids中的各个编号便可以将corners中坐标与二维码定位板3上的左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34四个二维码进行一一匹配。

计算机由此便可获取左上二维码31、右上二维码32、左下二维码33及右下二维码34的坐标，并将这些信息输入图像矫正器内进行图像矫正的算法，图像矫正器基于opencv+python的图像矫正算法：pts1=np.float32([[x1,y1],[x2,y2],[x3,y3],[x4,y4]])

pts2=np.float32([[0,0],[w_cols,0],0,h_rows],[w_cols,h_rows]]m=cv2.getperspectivetransform(pts1,pts2)

new_img=cv2.warpperspective(img,m,(w_cols,h_rows))

其中[x1,y1]为原图像中的二维码的右下角坐标、[x2,y2]为原图像中二维码的右上角坐标块b、[x3,y3]为原图像中二维码的左下角坐标、[x4,y4]为原图像中二维码的左上角坐标。w_cols是目标图片宽度、h_rows是目标图片高度，img为原图像、new_img为经过透视转换后得到的矫正图像。由此种方法得到的原图像是宽度为w_cols、高度为h_cols的且与原图像为同一规格的矩形图片。由此，原图像即为由摄像头获取的原图像中经过图像矫正器透视转换后得到的矫正图像，即为保真的正视图象。