CN101000654A - 图像识别棋谱自动记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像识别棋谱自动记录方法，包括以下步骤：(1)安装图象采集设备；(2)根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止；(3)对保存的图像的失真参数进行矫正；(4)对矫正后的图像的亮度进行调整；(5)计算机通过识别不同选手按动计时钟发出的指令，进行对棋谱的识别和记录。本发明所提供的一种图像识别棋谱自动记录方法，自动地对下棋的全过程进行识别并详细地及时地记录，绝不会出现来不及记录的情况；使用图像采集设备对棋盘进行拍摄，不会破坏棋盘，再不需要类似聚光灯等强光源和数百个光电检测管及外围电路，大大降低了成本。也不再需要配备棋谱记录员和计时员，减少了工作人员及工作量。

Description

图像识别棋谱自动记录方法

一、技术领域

本发明涉及一种图像识别方法，尤其是一种图像识别棋谱自动记录方法。

二、背景技术

在正规的比较大型各种棋类比赛中，如：围棋。一局棋赛通常配备裁判、棋谱记录员和计时员等多个工作人员，以完成比赛的记录和计时。对棋谱的记录可以说是一项繁琐的工作，下棋的时间通常要几到十几个小时，记录员始终要盯着棋盘，并把下棋的步骤一步一步的用纸和笔记录下来。这就带来了许多不便：如果选手落子太快，记录员会不能及时的记录，就会导致遗漏，如不能及时更正，以后的进程将无法记录；这种人工记录是用不同颜色的笔在一张纸上来回地画棋子，存在着对棋子的坐标和颜色的表达不清的情况，不仅影响记录员判断，而且对选手日后技术分析也造成困难；棋盘上的同一位置有可能多次出现落子、提子、再落子的情况，这样在棋谱记录纸上就很难反映出来，会出现棋谱表达不清的情况；如果比赛要求实时转播，这种人工操作的方式就会很麻烦，需要相关工作人员不断地在现场和转播室之间来回奔波，不仅会影响直播的实时性，而且更会影响选手的正常发挥；如果没有工作人员帮助记录，棋局结束后靠对局者的记忆对棋谱进行记录，由于时间长，步数多，很容易发生偏差，由于过程记录的不准确而引起对比赛结果的争议事件也时有发生。

现有类似的产品主要是基于光电检测的方法，就是在棋盘的网格上打孔，然后在里面放置光电检测元件，通过棋子是否阻隔光线来判断是不是有棋子落在对应坐标点。但是这种装置要付出很大的代价，因为一般大型比赛指定用的棋盘造价昂贵，对棋盘质地要求严格，在上面打孔的话将破坏棋盘，造成浪费；并且经这样改动的棋盘，破坏原有的棋盘标识线，很容易使选手的产生错觉；这样的系统一般要三百多个光电管，并配置复杂的外围电路，因此整体造价就非常高；另外，用光电检测法无法判断黑子还是白子，还要通过辅助软件来识别，并且错误率高。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的主要目的是针对目前各种棋类比赛中出现的不能及时准确的记录和转播比赛过程这一问题，提供一种图像识别棋谱自动记录方法，该方法能有效、及时、准确地将比赛过程中每一次棋局的变化自动识别并记录下来，同时反映在显示屏上，克服了原有记录方法的不足，大大提高了棋类比赛全过程的记录效率。

2、技术方案：为实现本发明所述目的，本发明所述的一种图像识别棋谱自动记录方法包括以下步骤：(1)将图像采集设备安装在支架上，其镜头对准棋盘的中心位置，并通过安装在支架上的水平仪使图像采集设备与棋盘垂直，图像采集设备通过电缆与计算机接口连接；(2)在计算机显示器上显示出棋盘摆放位置图像，根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止，拍摄并保存棋盘摆放位置的图像；(3)对保存的图像的失真参数进行矫正，保存矫正失真的参数和经过矫正的图像；(4)对矫正后的图像的亮度进行调整，以便计算机能识别出棋盘上各条网格线，调整完毕后保存经过调整的网格数组参数；(5)计算机通过识别不同选手按动计时钟发出的指令，进行对棋谱的识别和记录；

其中步骤(5)包括以下步骤：步骤(50)起始，载入保存的失真矫正参数、网格数组参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；步骤(51)按要求在计算机上输入棋局和比赛的有关信息；步骤(52)在计算机上点击“比赛开始”按钮，设定定时器，使定时器按照输入的信息开始计时；步骤(53)计算机判断是否有选手按下计时钟按钮，如果选手按下自己的按钮，至步骤(54)；否则继续记时；步骤(54)计算机开始扣除另一位选手的时间，并对此时的棋盘进行一次拍照并将图像载入内存；步骤(55)计算机利用载入保存的失真矫正参数对载入内存的图像进行失真矫正；步骤(56)计算机对矫正后的图像进行分析处理，判断出棋子的颜色；步骤(57)计算机判断出棋子的颜色后，把本次落子情况与前次落子情况进行对比，从而分辩出新落的棋子，在显示屏上显示出新落的棋子颜色，并把棋子的坐标和颜色保存，返回至步骤(53)。

3、有益效果：本发明所提供的一种图像识别棋谱自动记录方法通过对软件和硬件的有效结合利用，自动地对下棋的全过程进行详细地及时地记录，绝不会出现来不及记录的情况；同时本方法使用图像采集设备对棋盘进行拍摄，不会破坏棋盘，再不需要类似聚光灯等强光源和数百个光电管检测及处围电路，大大降低了成本。也不再需要配备棋谱记录员和计时员，减少了工作人员及工作量，保证了比赛选手在舒适的环境下下棋比赛，不会对选手产生心理和身理的干扰。

下面结合附图对最佳实施例进行详细的说明。

四、附图说明

图1为安装有图像采集设备的支架结构示意图

图2为计时钟电路原理图

图3为显示并调整棋盘摆放位置图像的流程图

图4为图像失真矫正调节流程图

图5为图像亮度调节流程图

图6为计算机对棋谱识别和记录的流程图

图7为定时器计时流程图

图8.1为矫正前的图像图

图8.2为矫正后的图像

图9为图像采集设备拍摄到的图像。

图10为系统识别后显示给用户的棋盘。

五、具体实施方式

如图1所示，1是图像采集设备、2是水平仪；将棋盘放置在外置支架旁边，并使得图像采集设备镜头垂直对准棋盘的中心位置，通过水平仪，以校准图像采集设备与棋盘垂直。图像采集设备通过电缆连接到计算机接口，用户正确连接硬件后，在计算机上安装图像采集设备的驱动。在系统运行后，图像采集设备将信号经通讯线传输到计算机，转化为计算机可识别的数字图像信号。其中图像采集设备可为CCD摄像头、CMOS摄像头或数码照相机。

如图2为本发明的计时钟电路原理图。电路包括单片机主电路，检测计时按钮是否按下，单片机内置程序依此分别计算选手的用时，并累加，通过串口通讯电路传给计算机；电源电路实现计时钟系统供电，计算机时钟电路，为单片机提供时钟信号；串口通讯电路实现单片机与计算机间自动交换数据。

图3详细描述了步骤2，即显示并调整棋盘摆放位置图像的流程图。步骤20是起始步骤。步骤21在计算机显示屏上显示出棋盘摆放位置的图像；步骤22用户根据计算机显示图像以及棋盘摆放的方位对图像采集设备进行微调，直到对显示的棋盘摆放位置图像满意为止；步骤23如果用户对图像采集设备调节完毕则执行步骤24；否则继续等待用户的调节，转至步骤22；步骤24对当前棋盘拍摄一张图像将其命名为picture，格式为.bmp，并结束本步骤。

图4详细描述了步骤3，由于图像采集设备的先天特性，其拍摄出的图像会出现一定程序的桶形失真，所以本步骤对步骤2中保存的用户满意的棋盘摆放位置图像进行失真矫正，并保存矫正失真的参数和经过矫正的图像。具体步骤：步骤30起始，计算机自动将图片名为picture，格式为.bmp的文件读到内存中，采用多项式地址修正法作图像的映射变换，即寻求畸变图像上一点A(坐标(x，y))到理论图像上一点A’(坐标(x’，y’))的映射关系。若设点A到图像中心点O的距离为r；则设点A’到图像中心点O的距离为r’。则r可表示为：

$r=\sqrt{x^2+y^2}$

为了提高图像矫正的精确度，选用四次曲线函数拟合的方法来表示r与r’的关系：

r′＝ar⁴+br³+cr²+dr+e

搜集图像上的数据，把其代入相关软件中得到上述五个参数a，b，c，d，e的值。三个点O，A，A’应在一条直线上，根据三角形相似原理得到下列公式：

$\frac{x}{x^{\′}}=\frac{y}{y^{\′}}=\frac{r}{r^{\′}}$

根据上述公式可以算出点A’的坐标(x’，y’)，即校正后点的坐标。把图像上的每个点都用上述方法进行移动，如果新的图像中产生缺点现象则用其邻近的点进行补充，就要以得到矫正后的图像。步骤31计算机显示出矫正后的图像；步骤32用户如果对矫正后的图像不满意可通过操作计算机来手动调节参数继续调整图像；步骤33调整完毕后计算机再次显示矫正后的图像；步骤34用户如果矫正完毕则执行步骤35；否则继续对图像进行矫正，转至步骤32；步骤35保存矫正失真的参数和经过矫正的图像并结束本步骤。

图5详细描述了步骤4，即对矫正后的图像的亮度进行调整，以便计算机能准确地识别出棋盘上各条网格线。步骤40起始，计算机把经过矫正的图像加载到内存中，使用一个默认的值对图像进行二值化；步骤41计算机显示经过二值化的图像；由于棋盘和网格线只有两种颜色，所以二值化之后网格线就会显现出来。步骤42用户如果对计算机显示经过二值化的图像不满意可通过操作计算机手动改变参数，进一步调整二值化图像的效果；步骤43计算机显示调整参数后二值化图像；步骤44用户如果调整完毕则执行步骤45；否则继续对图像进行调整，转至步骤42；步骤45执行自动计算棋盘的网格算法并算出棋盘的网格坐标并保存并结束本步骤。

图6详细描述了步骤5，计算机通过识别不同选手发出的指令，进行对棋谱的识别和记录。步骤50起始，载入保存的失真矫正参数、网格数组参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；步骤51按要求在计算机上输入棋局和比赛的有关信息；步骤52在计算机上点击“比赛开始”按钮，设定定时器，使定时器按照输入的信息开始计时；步骤53计算机判断是否有选手按下计时钟按钮，如果选手按下自己的按钮，计时钟会向计算机发送一个字符串，此时不同的选手所发送的字符串是不一样的，计算机通过识别这个字符串来分辩是哪个选手按下了计时钟，至步骤54；否则继续记时；步骤54计算机开始扣除另一位选手的时间，并对此时的棋盘进行一次拍照并将图像载入内存；步骤55对计算机利用载入保存的失真矫正参数对载入内存的图像进行失真矫正；步骤56计算机对矫正后的图像进行分析处理，判断出棋子的颜色；其具体方法是：设颜色亮度的公式：

bright＝B*0.299+G*0.587+R*0.114

其中bright为亮度值、R，G，B分别为象素点的红，绿，蓝三个颜色分量。根据步骤50中读入的棋盘网格坐标扫描一次棋盘，每读到一个网格坐标(x，y)则先计算出其周围四个点的坐标(左下，左上，右下，右上)，设置一个bright’变量，并根据以下公式计算bright’：bright’＝(B1*0.299+G1*0.587+R1*0.114)-(B*0.299+G*0.587+R*0.114)

其中B1，G1，R1为步骤50中图像的颜色，B，G，R为步骤54中图像的颜色。通过分析得到如下结论：如果该点落下了白子，bright’的值会是一个负的值；如果是一个黑子，则bright’会是一个正的值；如果没有落子，bright’会是一个绝对值比上面两个数绝对值都要小的数。根据这三个阈值，计算机就可以判断点(x，y)上棋子的颜色。为了避免一定的干扰和棋子落点不准确的情况，上述点(x，y)周围四个坐标中如果有两个或两个以上的点符合上述判断条件，则可判定点(x，y)上的落子情况。步骤57计算机判断出棋子的颜色后，把本次落子情况与前次落子情况进行对比，从而分辩出新落的棋子，在显示屏上显示出新落的棋子颜色，并把棋子的坐标和颜色保存，返回至步骤53。

图7描述了步骤52，即定时器计时流程图。521定时器开始计时后会按照设定的比赛规则规定的时间一直计时，直至比赛时间结束；522如果设定时间未到或者用户没有按下“棋局结束”按钮，至步骤521；如果比赛时间到或者用户按下“棋局结束”按钮，至步骤523；523定时器停止计时。

Claims (6)

1、一种图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将图像采集设备安装在支架上，其镜头对准棋盘的中心位置，并通过安装在支架上的水平仪使图像采集设备与棋盘垂直，图像采集设备通过电缆与计算机接口连接；

(2)在计算机显示器上显示出棋盘摆放位置图像，根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止，拍摄并保存棋盘摆放位置的图像；

(3)对保存的图像失真参数进行矫正，保存矫正失真的参数和经过矫正的图像；

(4)对矫正后的图像的亮度进行调整，以便计算机能识别出棋盘上各条网格线，调整完毕后保存经过调整的网格数组参数；

(5)计算机通过识别不同选手按动计时钟发出的指令，进行对棋谱的识别和记录；

其中步骤(5)包括以下步骤：

(50)起始，载入保存的失真矫正参数、网格数组参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；

(51)按要求在计算机上输入棋局和比赛的有关信息；

(52)在计算机上点击“比赛开始”按钮，设定定时器，使定时器按照输入的信息开始计时；

(53)计算机判断是否有选手按下计时钟按钮，如果选手按下自己的按钮，至步骤(54)；否则继续记时；

(54)计算机开始扣除另一位选手的时间，并对此时的棋盘进行一次拍照并将图像载入内存；

(55)计算机利用载入保存的失真矫正参数对载入内存的图像进行失真矫正；

(56)计算机对矫正后的图像进行分析处理，判断出整个棋盘上棋子的颜色；

(57)计算机判断出棋子的颜色后，把本次落子情况与前次落子情况进行对比，从而分辩出新落的棋子，在显示屏上相应的坐标上显示出新落的棋子颜色和落子的顺序编号，并把棋子的坐标和颜色保存，返回至步骤(53)。

2、根据权利要求1所述的图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于步骤(1)中所述的图像采集设备为CCD摄像头或CMOS摄像头或数码照相机。

3、根据权利要求1所述的图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于步骤(2)包括以下步骤：

(20)起始；

(21)在计算机显示屏上显示出棋盘摆放位置的图像；

(22)根据计算机显示图像以及棋盘摆放的方位对图像采集设备进行微调，直到对显示的棋盘摆放位置图像满意为止；

(23)如果用户对图像采集设备调节完毕则执行步骤(24)；否则继续等待用户的调节，转至步骤(22)；

(24)对当前棋盘拍摄一张图像将其命名为picture，格式为.bmp，并结束本步骤。

4、根据权利要求1所述的图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于步骤(3)包括以下步骤：

(30)起始，计算机自动将图片名为picture，格式为.bmp的文件读到内存中，采用多项式地址修正法作图像的映射变换，计算出矫正后的图像；

(31)计算机显示出矫正后的图像；

(32)如果对矫正后的图像不满意可通过操作计算机来手动调节参数继续矫正图像；

(33)调整完毕后计算机再次显示矫正后的图像；

(34)如果矫正完毕则执行步骤(35)；否则继续对图像进行矫正，转至步骤(32)；

(35)保存矫正失真的参数和经过矫正的图像并结束本步骤。

5、根据权利要求1所述的图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于步骤(4)包括以下步骤：

(40)起始，计算机把经过矫正的图像加载到内存中，使用一个默认的值对图像进行二值化；

(41)计算机显示经过二值化的图像；

(42)如果对计算机显示经过二值化的图像不满意可通过操作计算机手动改变参数，进一步调整二值化图像的效果；

(43)计算机显示调整参数后二值化图像；

(44)如果调整完毕则执行步骤(45)；否则继续对图像进行调整，转至步骤(42)；

(45)执行自动计算棋盘网格的算法算出棋盘的网格坐标并保存并结束本步骤。

6、根据权利要求1所述的图像识别棋谱自动记录方法，其特征在于步骤(52)包括以下步骤：

(521)定时器开始计时后会按照设定的比赛规则规定的时间一直计时，直至比赛时间结束；

(522)如果设定时间未到或者用户没有按下“棋局结束”按钮，至步骤(521)；如果比赛时间到或者用户按下“棋局结束”按钮，至步骤(523)；

(523)定时器停止计时。

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