專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種書(shū)本查找方法，尤其涉及一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法。
背景技術(shù)：
點(diǎn)讀機(jī)作為現(xiàn)代數(shù)碼信息技術(shù)與最新教學(xué)需求完美結(jié)合的一種有聲互動(dòng)學(xué)習(xí)產(chǎn)品，已經(jīng)迅速進(jìn)入了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并發(fā)展成為國(guó)內(nèi)兒童早期教育的主要學(xué)習(xí)工具之一。各種應(yīng) 用于完善點(diǎn)讀機(jī)功能的技術(shù)方法也在不斷更新發(fā)展。目前流行的點(diǎn)讀機(jī)書(shū)本選擇功能是用于動(dòng)選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)，其具體步驟是在點(diǎn)讀機(jī) 的“功能模塊”中，選擇“選書(shū)”按鈕，進(jìn)入顯示屏中的選書(shū)列表，通過(guò)滾動(dòng)選書(shū)列表來(lái)選擇 所要找的書(shū)本書(shū)名信息，實(shí)現(xiàn)了選書(shū)功能。利用這種方法實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)讀機(jī)選書(shū)功能，優(yōu)點(diǎn)是選 書(shū)準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單。但是由于點(diǎn)讀機(jī)所包含的書(shū)本數(shù)量較多，通過(guò)人工手動(dòng)滾動(dòng)選書(shū)列表來(lái) 進(jìn)行逐一查找，這樣使得選書(shū)操作繁瑣費(fèi)時(shí)，增加了選書(shū)工作量，給用戶(hù)的選書(shū)操作帶來(lái)了 不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法，該 查找方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)讀機(jī)書(shū)本的自動(dòng)選擇。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法步驟為(1)利用視頻攝像頭實(shí)時(shí)采集單幀書(shū)本封面圖像并輸入微處理器；(2)先利用邊緣檢測(cè)算子和閾值分割法將圖像二值化，再采用圖像膨脹與腐蝕、圖 像濾波和最大連通域法排除背景噪聲干擾，對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像分別提取書(shū)本 封面邊緣輪廓；(3)利用書(shū)本封面的邊緣輪廓分別提取目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的特征點(diǎn)；(4)在書(shū)本封面輪廓區(qū)域內(nèi)，將目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面灰度進(jìn)行歸一化，采用傳 統(tǒng)的灰度歸一化方法建立目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像匹配的統(tǒng)一光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；(5)根據(jù)提取的目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的特征點(diǎn)，先利用透視變換法對(duì)目標(biāo)封 面進(jìn)行坐標(biāo)變換，再利用雙線(xiàn)性插值法獲得目標(biāo)封面的像素灰度值，最后利用中值濾波法 平滑目標(biāo)封面圖像，完成目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的圖像進(jìn)行透視匹配；(6)利用基于灰度的圖像匹配方法，計(jì)算得到目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每一參考封面圖 像的相似度；(7)根據(jù)圖像相似度，利用極小值原則進(jìn)行目標(biāo)封面查找，輸出查找到的書(shū)名信 息，從而實(shí)現(xiàn)用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找功能。所述目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面分別為微處理器控制攝像頭單幀采集的書(shū)本封面 圖像和微處理器中已存儲(chǔ)的書(shū)本封面圖庫(kù)中的書(shū)本封面圖像。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用最大連通域法有效排除了噪聲和其他非目標(biāo)物體的干擾；利用灰度歸一化方法排除光照強(qiáng)度的影響；利用圖像透視變換實(shí)現(xiàn)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封 面圖像的幾何歸一化；利用視頻攝像頭和微處理器實(shí)現(xiàn)了用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換 的書(shū)本查找功能?；谕敢曌儞Q的書(shū)本封面查找方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)讀機(jī)書(shū)本的自動(dòng) 選擇。


圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法要求用簡(jiǎn)單支架支撐普通廣角攝像頭使之能夠垂直拍攝，拍攝的場(chǎng)景 中只有單一的書(shū)本，且能夠完全包含該書(shū)本的整個(gè)封面，同時(shí)，場(chǎng)景中的書(shū)本不能是倒置或 橫置的，場(chǎng)景中的背景為普通的任意單色桌面。微處理器中應(yīng)存儲(chǔ)參考書(shū)本封面的圖庫(kù)及 其相應(yīng)書(shū)名和讀音信息。本發(fā)明采用如圖1所示的用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法的流 程圖，來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)封面在點(diǎn)讀機(jī)圖庫(kù)中的查找工作，其具體實(shí)施步驟如下1、目標(biāo)封面圖像采集將帶有支架的攝像頭放置在書(shū)本正前方的合適位置，實(shí)時(shí)獲取書(shū)本封面的視頻圖 像，利用微處理器控制攝像頭采集單幀書(shū)本封面圖像并輸入微處理器。2、目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面輪廓提取對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像分別提取書(shū)本封面邊緣輪廓。其主要步驟如下1)利用邊緣檢測(cè)算子提取目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的邊緣信息，其中邊緣檢測(cè)算 子可用 Canny> Robert 或 Sobel02)采用閾值法對(duì)圖像進(jìn)行二值化，并采用圖像膨脹與腐蝕、圖像濾波和最大連通 域法排除背景噪聲干擾，準(zhǔn)確提取目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的邊緣輪廓。3、目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面特征點(diǎn)提取利用第2步提取的書(shū)本封面的邊緣輪廓，采用掃描法和兩次最小二乘擬合法得到 目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每張參考封面的邊緣直線(xiàn)方程，提取出目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每張參考封面 對(duì)應(yīng)的四對(duì)頂點(diǎn)，作為透視變換的特征點(diǎn)。其中對(duì)書(shū)本封面特征點(diǎn)提取的主要步驟如下1)通過(guò)掃描法提取書(shū)本封面的四條邊緣點(diǎn)集，并利用最小二乘擬合法擬合得到四 條邊緣直線(xiàn)方程。2)計(jì)算各個(gè)邊緣點(diǎn)集中每點(diǎn)到相應(yīng)擬合直線(xiàn)的距離，并按從小到大排序，去除點(diǎn) 集中距離遠(yuǎn)的二分之一的點(diǎn)，排除噪聲點(diǎn)的影響。3)利用各個(gè)邊緣點(diǎn)集中剩余的點(diǎn)，再次利用最小二乘擬合法擬合得到四條邊緣直 線(xiàn)方程。4)利用四條邊緣直線(xiàn)方程，提取出書(shū)本封面的四個(gè)頂點(diǎn)作為透視變換的特征點(diǎn)。4、目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面灰度歸一化在第2步確定的書(shū)本封面邊緣輪廓區(qū)域內(nèi)，分別計(jì)算目標(biāo)封面及圖庫(kù)中每張參考 封面圖像中三基色對(duì)應(yīng)的各個(gè)灰度分量的灰度期望和灰度方差，采用灰度歸一化方法將目 標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面灰度進(jìn)行歸一化。
灰度歸一化方法如下假設(shè)書(shū)本封面圖像I大小為NXN，令G(i，j)為像素點(diǎn)(i，j)的灰度值，M和VAR 分別為書(shū)本封面圖像灰度期望和灰度方差，G' (i，j)為像素點(diǎn)(i，j)歸一化后的灰度值。 對(duì)所有像素點(diǎn)歸一化后書(shū)本封面圖像的灰度期望和灰度方差接近于給定的灰度期望M0和 灰度方差VARtl，本發(fā)明中Mtl和VARtl為某一定值，灰度歸一化處理公式如下所示
<formula>formula see original document page 5</formula>其中<formula>formula see original document page 5</formula>
5、目標(biāo)封面和圖庫(kù)單張參考封面透視匹配根據(jù)第3步提取的目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每張參考封面的四對(duì)特征點(diǎn)，利用圖像透視 變換法，對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)單張參考封面進(jìn)行透視匹配，實(shí)現(xiàn)書(shū)本封面幾何歸一化。其主要 步驟如下1)利用透視變換法對(duì)目標(biāo)封面進(jìn)行坐標(biāo)變換，把目標(biāo)封面變換到和圖庫(kù)參考封面 有同樣尺寸大小和幾何位置的坐標(biāo)空間中。其轉(zhuǎn)換公式如下所示
<formula>formula see original document page 5</formula>其中(x，y)是目標(biāo)封面圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)，(χ'，1')是變換后對(duì)應(yīng)于圖 庫(kù)參考封面圖像坐標(biāo)系中相應(yīng)的像素坐標(biāo)。a，b，c, d，e, f，g和h是變換系數(shù)，可通過(guò)提取 的目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每張參考封面的四對(duì)特征點(diǎn)，代入以上公式解方程組而求出。2)利用雙線(xiàn)性差值法，獲得經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換的目標(biāo)封面圖像的像素灰度值。3)利用中值濾波法對(duì)透視變換后的目標(biāo)封面圖像進(jìn)行平滑處理，去除了噪聲干 擾。6、封面圖像的相似度計(jì)算及結(jié)果保存利用第4步計(jì)算得到的灰度期望，并在第5步對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)單張參考封面進(jìn) 行透視變換基礎(chǔ)上，將目標(biāo)封面與圖庫(kù)參考封面的圖像灰度分量中灰度期望差值最大的灰 度分量進(jìn)行差分，利用基于灰度的圖像匹配方法，計(jì)算出目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每張參考封面 的相似度并保存結(jié)果。相似度計(jì)算方法如下假設(shè)書(shū)本封面大小為為NXN，目標(biāo)封面與圖庫(kù)中第k張參考封面的相似度Rk的計(jì) 算公式如下所示<formula>formula see original document page 5</formula>
其中G(i，j)和Gk(i，j)分別為目標(biāo)封面和圖庫(kù)中第k張參考封面在像素點(diǎn)(i， j)的灰度分量值。
7、是否完成和所有參考封面的匹配計(jì)算判斷目標(biāo)封面是否完成和圖庫(kù)中所有參考封面的匹配計(jì)算，若完成匹配計(jì)算，則執(zhí)行下一步；若沒(méi)有完成，則取下一張參考封面圖像再次執(zhí)行第5、6、7步。8、書(shū)本查找功能實(shí)現(xiàn)在第7步判斷完成目標(biāo)封面和圖庫(kù)中所有參考封面的匹配計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用極小值原則進(jìn)行目標(biāo)封面查找。將計(jì)算得到的數(shù)值最小的相似度所對(duì)應(yīng)的圖庫(kù)參考封面的書(shū) 名信息輸出，并調(diào)出相應(yīng)書(shū)本的點(diǎn)讀語(yǔ)音信息，從而實(shí)現(xiàn)了用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變 換的書(shū)本查找功能。
權(quán)利要求
一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法，其特征是方法步驟為(1)利用視頻攝像頭實(shí)時(shí)采集單幀書(shū)本封面圖像并輸入微處理器；(2)先利用邊緣檢測(cè)算子和閾值分割法將圖像二值化，再采用圖像膨脹與腐蝕、圖像濾波和最大連通域法排除背景噪聲干擾，對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像分別提取書(shū)本封面邊緣輪廓；(3)利用書(shū)本封面的邊緣輪廓分別提取目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的特征點(diǎn)；(4)在書(shū)本封面輪廓區(qū)域內(nèi)，將目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面灰度進(jìn)行歸一化，采用傳統(tǒng)的灰度歸一化方法建立目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像匹配的統(tǒng)一光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；(5)根據(jù)提取的目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的特征點(diǎn)，先利用透視變換法對(duì)目標(biāo)封面進(jìn)行坐標(biāo)變換，再利用雙線(xiàn)性插值法獲得目標(biāo)封面的像素灰度值，最后利用中值濾波法平滑目標(biāo)封面圖像，完成目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的圖像進(jìn)行透視匹配；(6)利用基于灰度的圖像匹配方法，計(jì)算得到目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每一參考封面圖像的相似度；(7)根據(jù)圖像相似度，利用極小值原則進(jìn)行目標(biāo)封面查找，輸出查找到的書(shū)名信息，從而實(shí)現(xiàn)用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法，其特 征是所述目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面分別為微處理器控制攝像頭單幀采集的書(shū)本封面圖像 和微處理器中已存儲(chǔ)的書(shū)本封面圖庫(kù)中的書(shū)本封面圖像。
全文摘要
一種用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找方法，包括步驟1)利用視頻攝像頭實(shí)時(shí)采集單幀書(shū)本封面圖像并輸入微處理器；2)對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像分別提取書(shū)本封面邊緣輪廓；3)利用書(shū)本封面的邊緣輪廓分別提取目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面的特征點(diǎn)；4)將目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面灰度進(jìn)行歸一化；5)對(duì)目標(biāo)封面和圖庫(kù)參考封面圖像進(jìn)行透視匹配；6)計(jì)算得到目標(biāo)封面和圖庫(kù)中每一參考封面圖像的相似度；7)從而實(shí)現(xiàn)用于視頻點(diǎn)讀機(jī)的基于透視變換的書(shū)本查找功能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是基于透視變換的書(shū)本封面查找方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)讀機(jī)書(shū)本的自動(dòng)選擇。
文檔編號(hào)G09B5/06GK101799828SQ20101012255
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者歐巧鳳, 熊邦書(shū), 陳樂(lè)平 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)