一种基于图像处理的七巧板图形识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，包括以下步骤：通过摄像头采集图像背景板上的七巧板各图形板块的图像信息；根据图像背景板的背景色和七巧板颜色对图像进行二值化处理；识别七巧板各图形板块的几何属性；采用模糊定位算法确定七巧板各图形板块的相对位置状态；对七巧板各图形板块按照位置关系进行排序，并得到七巧板各图形板块的相对坐标，然后结合几何形状、几何角度以及顶点关系形成两组特征向量；图形匹配判断。该发明专利技术对七巧板拼凑出来的图形进行识别，将图形保存为特定格式，并且可以重现玩家的自创图形，增加了容错措施，不要求玩家非常精准地拼凑出显示图像，能够在角度和相对位置上提供容错空间。

A jigsaw pattern recognition method based on image processing

The invention discloses a jigsaw pattern recognition based on image processing method, which comprises the following steps: image information collected through the camera image background board puzzle each graphic plate; according to the background color and color image background plate of puzzle two value of the image processing; geometric attribute recognition puzzle each graphic plate; fuzzy the positioning algorithm to determine the relative position of each section of the state graph of the tangram puzzle; each graphic is sorted according to the position of the plate, and the relative coordinates of each graphic puzzle plate, and then combined with the geometry, geometry and vertex relations formed two groups of feature vectors; pattern matching judgment. The invention of the puzzle pieced together out of the pattern recognition, the graphics are saved to a specific format, and can reproduce the original graphics game player, increase the fault tolerant measures, does not require the game player very accurate patchwork display image, to provide fault tolerance in space angle and relative position.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图像识别的
，特别涉及一种基于图像处理的七巧板图形识别方法。
技术介绍
数字图像处理源于上个世纪20年代，通过数字压缩技术传输数字图片成为图像技术的起源，此后，由于遥感
的兴起，图像处理技术逐渐受到广泛关注，但由于计算条件的限制，发展十分缓慢，直到第三代计算机的出现，高速计算能够为图像处理提高了运算保证，图像技术也因此得到广泛应用，目前数字图像技术已成为工程科学、计算科学、信息科学、统计科学等学术领域学习和研究的对象。数字图像处理技术主要有图像预处理技术、图像滤波、图像还原、图像压缩、图像的形态学处理等，图像处理函数库主要有MATLAB图像处理库、OPENCV库以及各种图像处理软件自带函数库。七巧板是一种古老的汉族传统智力游戏，由七块形状不同或颜色不同的板组成。通过组合这七块板可拼成许多图形，例如：三角形、平行四边形、不规则多边形等等，是一种儿童智力游戏，玩家可以把它拼成各种动物、图形、建筑、标志等等，七巧板具有两千多年的历史，在民间广泛流传。传统七巧板只能依靠销售商提供的图形来教会玩家，其提供的图形有限不能充分调动玩家的积极性，同时对于玩家自创的图形很难保存，容易使玩家产生厌倦心理。而且，传统七巧板游戏并没有交互功能，缺乏容错性，考虑玩家基本上都是儿童，对于拼凑的图形可能不会非常精准。因此，目前亟待提出一种基于图像处理的具有交互性、容错性及游戏扩展性的七巧板图形识别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于图像处理的七巧板图形识别方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，所述图形识别方法包括以下步骤：S1、通过摄像头采集图像背景板上的七巧板各图形板块的图像信息；S2、根据图像背景板的背景色和七巧板颜色对图像进行二值化处理；S3、识别七巧板各图形板块的几何属性，所述几何属性包括：中心坐标位置(x,y)、几何形状、几何角度和顶点关系；S4、采用模糊定位算法确定七巧板各图形板块的相对位置状态；S5、对七巧板各图形板块按照位置关系进行排序，并得到七巧板各图形板块的相对坐标，然后结合七巧板各图形板块的几何属性中的几何形状、几何角度以及顶点关系形成第一特征向量和第二特征向量；S6、图形匹配判断，首先比较第一特征向量，如果第一特征向量完全相同，则再比较第二特征向量，如果两个特征向量的欧氏距离小于判断阀值M，则判断两个图形相同；如果两个向量的欧氏距离大于等于判断阀值M，则判断两个图形不相同。进一步地，所述几何形状包括：大三角形、中三角形、小三角形、正方形和平行四边形；所述顶点关系的设置规定如下：顶点以1至4依次进行编号，最高顶点为1，顺时针方向递增。进一步地，所述步骤S3具体包括：S31、采用边缘检测技术获取七巧板各图形板块的边缘轮廓长度；S32、根据所述边缘轮廓长度参照七巧板各图形板块的周长标准对七巧板各图形板块的几何形状进行初次识别；S33、构造七巧板各图形板块的最小外接矩形，对七巧板的几何形状进行二次识别；S34、通过所述七巧板各图形板块的最小外接矩形，获取七巧板各图形的中心坐标位置(x,y)、几何角度以及顶点关系。进一步地，所述步骤S32中对七巧板各图形板块的几何形状进行初次识别可区分的几何形状为大三角形、小三角形和正方形。进一步地，所述步骤S33中根据所述七巧板各图形板块的最小外接矩形的长宽比区分识别中三角形和平行四边形。进一步地，所述第一特征向量包括七巧板板块顺序、几何形状以及顶点关系，所述第二特征向量包括七巧板板块顺序、相对坐标以及几何角度。进一步地，所述步骤S4中模糊定位算法具体如下：首先，寻找七巧板板块坐标位置中y轴对应值最小的一个，对应为最顶上的一个，设其值为y0，然后，确定模糊范围[y0,y0+n]，如果有七巧板板块的y轴坐标位于该范围内，则修改其y轴坐标为y0，并将范围内的所有板块标记为已检测板块，对未检测板块按照同样的方法进行模糊定位。进一步地，所述几何角度由OPENCV函数库通过求取最小外接矩形的角度获得。进一步地，对所述最小外接矩形的角度进行模糊处理，其模糊函数如下：进一步地，所述图形识别方法支持同时处理多套七巧板。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、传统七巧板只能依靠销售商提供的图形来教会玩家，其提供的图形有限不能充分调动玩家的积极性，同时对于玩家自创的图形很难保存，容易使玩家产生厌倦心理，本专利技术提出的七巧板图形识别方法可以对七巧板拼凑出来的图形进行识别，将图形保存为特定格式，并且可以重现玩家的自创图形。2、传统七巧板游戏并没有交互功能，本专利技术提出的七巧板图形识别方法可以显示多种图案，让玩家拼凑，并检验拼凑图形与显示图形的相似性。3、容错性，考虑玩家基本上都是儿童，对于拼凑的图形可能不会非常精准，因此本专利技术提出的七巧板图形识别方法增加了容错措施，不要求玩家非常精准地拼凑出显示图像，能够在角度为相对位置上提供容错空间。4、可扩展性，本专利技术提出的七巧板图形识别方法不限制七巧板的套数，可以同时使用多套类型相同的七巧板进行游戏，而不影响识别效果。附图说明图1是本实施例中基于图像处理的七巧板图形识别系统结构图；图2是七巧板样式图；图3是七巧板各图形板块的最小外接矩形及几何角度的处理示意图；图4是模糊定位算法流程；图5是本实施例公开的基于图像处理的七巧板图形识别方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例本实施例公开了一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，具体请参见图5，图5是本实施例中公开的一种基于图像处理的七巧板图形识别方法的流程图。基于图像处理的七巧板图形识别系统结构图如附图1所示，其中1为摄像头，2为图像背景板，3为摄像头支架，4为交互显示装置，5为图像识别处理装置，6为七巧板。该基于图像处理的七巧板图形识别系统包括：摄像头、图像背景板、摄像头支架、交互显示装置、图像识别处理装置、七巧板。所述摄像头支架的一端固定在所述图像背景板上，另一端用于固定摄像头。所述七巧板放置于所述图像背景板上，所述摄像头设置于所述图像背景板的侧上方，用于采集位于所述图像背景板上的所述七巧板的图形。适当调整所述摄像头的高度以及拍摄角度，以便于可以整体采集所述图像背景板上的七巧板上的图形为准。所述摄像头采集的图像信号通过数据连接线传递给所述图像识别处理装置，所述图像识别处理装置对图像信号中的七巧板图形进行识别处理，并通过数据连接线传递图形显示信号给所述交互显示装置。所述交互显示装置用于与用户互动，进行七巧板图形显示以及图形对比。传统的七巧板结构如图2所示，本专利技术采用同样的七巧板结构，包括2个大三角形，1个中三角形，2个小三角形，1个正方形，1个平行四边形。具体应用中，本专利技术公开的七巧板图形识别方法及系统同时支持若干套七巧板图形的识别处理。如图5所示，本实施例公开的一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，具体包括以下步骤：S1、通过摄像头采集图像背景板上的七巧板各图形板块的图像信息。具体应用中，通过图像背景板上方的摄像头采集放置于图像背景板上的七巧板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，其特征在于，所述图形识别方法包括以下步骤：S1、通过摄像头采集图像背景板上的七巧板各图形板块的图像信息；S2、根据图像背景板的背景色和七巧板颜色对图像进行二值化处理；S3、识别七巧板各图形板块的几何属性，所述几何属性包括：中心坐标位置(x,y)、几何形状、几何角度和顶点关系；S4、采用模糊定位算法确定七巧板各图形板块的相对位置状态；S5、对七巧板各图形板块按照位置关系进行排序，并得到七巧板各图形板块的相对坐标，然后结合七巧板各图形板块的几何属性中的几何形状、几何角度以及顶点关系形成第一特征向量和第二特征向量；S6、图形匹配判断，首先比较第一特征向量，如果第一特征向量完全相同，则再比较第二特征向量，如果两个特征向量的欧氏距离小于判断阀值M，则判断两个图形相同；如果两个向量的欧氏距离大于等于判断阀值M，则判断两个图形不相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，其特征在于，所述图形识别方法包括以下步骤：S1、通过摄像头采集图像背景板上的七巧板各图形板块的图像信息；S2、根据图像背景板的背景色和七巧板颜色对图像进行二值化处理；S3、识别七巧板各图形板块的几何属性，所述几何属性包括：中心坐标位置(x,y)、几何形状、几何角度和顶点关系；S4、采用模糊定位算法确定七巧板各图形板块的相对位置状态；S5、对七巧板各图形板块按照位置关系进行排序，并得到七巧板各图形板块的相对坐标，然后结合七巧板各图形板块的几何属性中的几何形状、几何角度以及顶点关系形成第一特征向量和第二特征向量；S6、图形匹配判断，首先比较第一特征向量，如果第一特征向量完全相同，则再比较第二特征向量，如果两个特征向量的欧氏距离小于判断阀值M，则判断两个图形相同；如果两个向量的欧氏距离大于等于判断阀值M，则判断两个图形不相同。2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，其特征在于，所述几何形状包括：大三角形、中三角形、小三角形、正方形和平行四边形；所述顶点关系的设置规定如下：顶点以1至4依次进行编号，最高顶点为1，顺时针方向递增。3.根据权利要求2所述的一种基于图像处理的七巧板图形识别方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、采用边缘检测技术获取七巧板各图形板块的边缘轮廓长度；S32、根据所述边缘轮廓长度参照七巧板各图形板块的周长标准对七巧板各图形板块的几何形状进行初次识别；S33、构造七巧板各图形板块的最小外接矩形，对七巧板的几何形状进行二次识别；S34、通过所述七巧板各图形板块的最小外...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢巍，周飞舟，张浪文，李博，周忠太，何伶珍，刘希，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44