本發(fā)明涉及一種投影映射技術(shù)，具體涉及一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法。

背景技術(shù)：

隨著信息量增加，信息的呈現(xiàn)方式越來越多元化。信息技術(shù)的發(fā)展，使得虛擬現(xiàn)實，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)成為可能。在這類技術(shù)誕生之前，我們所處的真實世界難以呈現(xiàn)超越時間與空間的信息。但是通過虛擬技術(shù)與模擬仿真，任意信息可以疊加至真實世界，讓用戶感知到豐富的視覺信息，從而達(dá)到超越現(xiàn)實的感官體驗。虛擬現(xiàn)實的目標(biāo)是將物理世界的信息與虛擬世界的信息無縫對接，實現(xiàn)從原子到比特的一一映射。目前的增強(qiáng)現(xiàn)實項目多通過頭盔顯示器和眼鏡實現(xiàn)，例如oculusrift增強(qiáng)現(xiàn)實顯示器和谷歌眼鏡。但是這類設(shè)備的成像效果有待提升。而且，用戶佩戴一定時間后容易產(chǎn)生視疲勞。另一增強(qiáng)現(xiàn)實方案是使用智能手機(jī)，調(diào)用攝像頭捕捉的圖像，并在圖像上渲染所需展示的信息。

但是對于公共場所的增強(qiáng)現(xiàn)實項目，很難要求參與者使用統(tǒng)一設(shè)備。因此，在實物上投影成為實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實的第三種選擇。投影映射，又稱為空間增強(qiáng)現(xiàn)實。使用投影技術(shù)，我們可以將圖像或數(shù)據(jù)投射至那些形狀不規(guī)則的物體上。使用相關(guān)軟件，可以輸出與物體平面相適應(yīng)的圖像。

現(xiàn)有投影映射技術(shù)方案，需要用戶使用繪圖工具繪制出需要投影的區(qū)域，并且在繪制的同時需要打開投影儀用肉眼定位。繪圖工具會為用戶提供基礎(chǔ)幾何圖形，用戶可以通過拖拽改變圖形的大小和角度。對于形狀不規(guī)則的物體，用戶需要使用多邊形工具繪制輪廓。

現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點在于，用戶手動設(shè)定的投影區(qū)域很可能與實物輪廓不吻合。當(dāng)投影儀或模型位置發(fā)生輕微移動時，用戶手動繪制的區(qū)域便不再準(zhǔn)確。而現(xiàn)行方案并不會為用戶反饋投影區(qū)域的偏差，并自動修正投影范圍。因此有必要應(yīng)用更為自動和智能的區(qū)域識別技術(shù)，代替手動繪制投影區(qū)域的步驟。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法，能夠自動適應(yīng)變化，使用攝像頭捕捉的圖像判定投影區(qū)域。可快速檢測出投影區(qū)域，重新設(shè)定投影范圍，實時更正投影圖像與實物的偏差。并且，投影映射不僅限于靜態(tài)物體，動態(tài)物體的輪廓也可被捕捉到，從而實現(xiàn)運動中物體的實時投影渲染。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法，包括如下步驟：

s1首先將輸入的彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖，之后進(jìn)行二值化處理，通過設(shè)置適宜的閾值，將圖像各個像素用0或1這兩個數(shù)值代替，以初步區(qū)分前景和背景；

s2使用上一步輸出的二值圖，對形狀的輪廓進(jìn)行多邊形擬合，輸出以物體為單位的輪廓線的頂點坐標(biāo)；

s3對輪廓進(jìn)行分類，判定是否為需要投影的物體或模型；如果為否，刪除這一物體的頂點坐標(biāo)；

s4在頂點連成的區(qū)域內(nèi)輸出投影圖像。

進(jìn)一步的，所述步驟s1中，初步區(qū)分前景和背景時，設(shè)為灰度圖ft[i,j]，t為所設(shè)閾值，滿足如下公式：

進(jìn)一步的，所述步驟s2中，對曲線進(jìn)行采樣時，設(shè)曲線的兩個頂點x1與x2，它們的坐標(biāo)為x1＝(x1,y1),x2＝(x2,y2)，此時，在x1與x2中間找到點x0＝(x0,y0)的位置,坐標(biāo)通過計算距離得到：

式中，d為中間點x0距離起點x1的距離，在每兩個點之間再取一個點，重復(fù)這一步驟，得到擬合任意物體輪廓的多邊形輪廓。

進(jìn)一步的，所述步驟s2中，進(jìn)行多邊形擬合時，用最少的折線擬合曲線；對曲線進(jìn)行采樣，在曲線上取有限個點，并將這些點連起來，得到擬合任意物體輪廓的多邊形。

進(jìn)一步的，所述步驟s2中，進(jìn)行多邊形擬合時，全部使用折線進(jìn)行擬合，對折線進(jìn)行采樣，在折線上取有限個點，并將這些點連起來，得到擬合任意物體輪廓的多邊形。

進(jìn)一步的，所述步驟s3中，通過比對各個物體頂點連線的長度比例，實現(xiàn)對輪廓進(jìn)行分類。

進(jìn)一步的，所述步驟s4中，輸出投影圖像時，區(qū)域外的部分設(shè)定為黑色。

本發(fā)明公開的基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法，具有以下有益效果：

1.投影區(qū)域自動識別技術(shù)替代了原本需要手動設(shè)定投影區(qū)域的步驟，尤其適用于經(jīng)常變換位置與角度的投影模型。當(dāng)模型在攝像頭拍攝區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時，該技術(shù)可快速識別區(qū)域內(nèi)物體數(shù)量，形狀，并自動生成投影區(qū)域，從根本上避免投影與實物位置產(chǎn)生的偏差。

2.自動識別投影區(qū)域，為投影映射開辟了全新應(yīng)用的可能。任意改變投影模型的位置，投影區(qū)域會被實時計算，即意味著實時渲染移動中的實物。這將大幅度提升投影映射的表現(xiàn)力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明算法流程圖。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法，能夠自動適應(yīng)變化，使用攝像頭捕捉的圖像判定投影區(qū)域。可快速檢測出投影區(qū)域，重新設(shè)定投影范圍，實時更正投影圖像與實物的偏差。并且，投影映射不僅限于靜態(tài)物體，動態(tài)物體的輪廓也可被捕捉到，從而實現(xiàn)運動中物體的實時投影渲染。

請參見圖1?；跈C(jī)器視覺技術(shù)的投影映射區(qū)域自動識別方法，包括如下步驟：

s1首先將輸入的彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖，之后進(jìn)行二值化處理，通過設(shè)置適宜的閾值，將圖像各個像素用0或1這兩個數(shù)值代替，以初步區(qū)分前景和背景；

s2使用上一步輸出的二值圖，對形狀的輪廓進(jìn)行多邊形擬合，輸出以物體為單位的輪廓線的頂點坐標(biāo)；

s3對輪廓進(jìn)行分類，判定是否為需要投影的物體或模型；如果為否，刪除這一物體的頂點坐標(biāo)；

s4在頂點連成的區(qū)域內(nèi)輸出投影圖像。

在本發(fā)明的一種實施例中，所述步驟s1中，初步區(qū)分前景和背景時，設(shè)為灰度圖ft[i,j]，t為所設(shè)閾值，滿足如下公式：

在本發(fā)明的一種實施例中，所述步驟s2中，對曲線進(jìn)行采樣時，設(shè)曲線的兩個頂點x1與x2，它們的坐標(biāo)為x1＝(x1,y1),x2＝(x2,y2)，此時，在x1與x2中間找到點x0＝(x0,y0)的位置,坐標(biāo)通過計算距離得到：

式中，d為中間點x0距離起點x1的距離，在每兩個點之間再取一個點，重復(fù)這一步驟，得到擬合任意物體輪廓的多邊形輪廓。

所述步驟s2中，形狀輪廓的擬合方法不唯一，在本發(fā)明的一種實施例中，進(jìn)行多邊形擬合時，用最少的折線擬合曲線；對曲線進(jìn)行采樣，在曲線上取有限個點，并將這些點連起來，得到擬合任意物體輪廓的多邊形。

在本發(fā)明的另一種實施例中，進(jìn)行多邊形擬合時，全部使用折線進(jìn)行擬合，對折線進(jìn)行采樣，在折線上取有限個點，并將這些點連起來，得到擬合任意物體輪廓的多邊形。

所述步驟s3中，對輪廓進(jìn)行分類可以使用一切適用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，作為優(yōu)選，在本發(fā)明的一種實施例中，通過比對各個物體頂點連線的長度比例，實現(xiàn)對輪廓進(jìn)行分類。

所述步驟s4中，輸出的圖像形式可以不做具體的限定，作為優(yōu)選，在本發(fā)明的一種實施例中，輸出投影圖像時，區(qū)域外的部分設(shè)定為黑色。

相比背景技術(shù)中介紹的內(nèi)容，本發(fā)明：

1.使用基于機(jī)器視覺算法自動檢測并定位投影映射區(qū)域的技術(shù)，替代之前方案手動繪制投影區(qū)域這一步驟。

2.能夠快速修正投影儀和模型位移后造成的投影圖像偏差。

3.簡化用戶安裝投影映射系統(tǒng)的過程，實現(xiàn)即插即用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而非對其限制；應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。