CN104157171B - 一种点读系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种点读系统，该系统包括：摄像装置，位于台灯正上方，用于对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；点读装置，用于根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；扬声器装置，用于进行语音播放。本发明还公开了一种点读方法。采用本发明能够增强阅读纸质书籍的体验。
Description
技术领域
本发明涉及点读机领域，特别涉及一种点读系统及其方法。
背景技术
目前，点读机已经形成了庞大的市场规模。在申请号为201010300522.5的专利中，公开了一种摄像式点读机，包括读音装置、信号发射笔以及与摄像式点读机配套的课本。摄像式点读机还包括与课本相对设置的摄像装置，课本的页面设置有页面标识，信号发射笔点击与摄像式点读机配套的课本并发射启动信号，摄像装置根据启动信号启动并采集课本的图像，读音装置对课本的图像进行处理，判断出页面标识记载的信息以及信号发射笔点击位置的坐标，然后根据页面标识的信息和坐标调用对应的语音数据，并转换为语音输出。
但是，这需要利用特定的点读机、点读笔和点读教材才能实现点读服务。这种方式局限性大，现有技术的点读机通常仅能对印制有隐含字符的特定教材进行点读，用户除了需要购买点读设备，还需要定期购买新的点读教材，支出比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种点读系统及其方法，能够增强阅读纸质书籍的体验。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种点读系统，该系统包括：
摄像装置，位于台灯正上方，用于对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
点读装置，用于根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
扬声器装置，用于进行语音播放。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种点读方法，该方法包括：
摄像装置对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
点读装置根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
扬声器装置进行语音播放。
综上所述，本发明实施例提供的点读系统及其方法：在普通台灯上内置摄像装置和扬声器装置，摄像装置用于拍摄用户的手势以及当前书页在用户的手指位置的区域内容，经过点读装置对手势的分析和识别，并分析该区域的书本内容，然后将相对应的音频内容通过扬声器装置播放出来，从而实现点读的功能。该方案的优势在于不用特制的点读笔、点读课本即可实现用户用手指区域内的直接点读功能。从使用体验上来讲，将点读功能与台灯结合起来，实现了设备的优化组合，增强了纸质书籍阅读的体验，同时降低了购买点读机、点读笔、点读课本等特定产品花费的费用，让用户随时随地，用普通的纸质课本也能实现点读。
附图说明
图1为本发明点读系统的结构示意图。
图2为本发明实施例一提供的一种点读方法的流程示意图。
图3为视场显示示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。
本发明点读系统的结构示意图如图1所示，该系统包括：
摄像装置101，位于台灯正上方，用于对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
点读装置102，用于根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
扬声器装置103，用于进行语音播放。
具体地，点读装置102可以内置于点读系统内部，或者与电脑、手机等其他智能设备连接，或者与云端服务器连接。该点读装置102进一步包括：手势识别和定位模块1021，图像生成及字符识别模块1022，文字结果组织模块1023，语音合成以及语音传输模块1024；
手势识别和定位模块1021，用于根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据；根据每一点的深度数据设定该点上点击事件产生的阈值范围；根据摄像装置对用户在书本上手势的扫描，确定用户手指与书本之间的距离，将该距离与用户手指所在位置上的阈值范围相比较，如果在阈值范围内，则确定点击事件发生；根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置；
图像生成及字符识别模块1022，用于根据获取的平面坐标位置，指示摄像装置截取点击事件发生位置预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；
文字结果组织模块1023，用于对由图像转换过来的文字，进行分析处理，并存储到数据库中；
语音合成以及语音传输模块1024，用于对数据库中的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中进行播放。
当图像转换到文字时，还可以利用第三方的翻译服务，词典服务，书摘服务等，将由图像转换过来的文字进行拓展处理，进行翻译，解释，摘要等操作。因此，
所述点读装置102进一步包括：
文字拓展处理模块1025，用于对图像生成及字符识别模块1022转换过来的文字进行拓展处理，将经过拓展处理的文字和转换过来的文字共同发送给文字结果组织模块；
文字结果组织模块1023，还用于将经过拓展处理的文字进行分析处理，并将经过拓展处理的文字和转换过来的文字进行标识配对，存储到数据库中。
进一步的，在初始状态下，用户在将书本放置在摄像装置下时，所处于的视场不一定是最佳状态，所以需要用户根据书本的大小，放置的位置，书本到摄像头的距离，以及台灯的明暗度进行调整，即进行视场设置。因此，
所述点读装置102还包括：
视场显示模块1026，用于监视用户对视场的设置，以达到最佳视场。
基于上述系统的描述，本发明实施例一提供的一种点读方法的流程示意图如图2所示，该方法包括：
步骤201、摄像装置对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
步骤202、点读装置根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
具体的，手势识别和定位模块根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据；根据每一点的深度数据设定该点上点击事件产生的阈值范围；根据摄像装置对用户在书本上手势的扫描，确定用户手指与书本之间的距离，将该距离与用户手指所在位置上的阈值范围相比较，如果在阈值范围内，则确定点击事件发生；根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置；
图像生成及字符识别模块根据获取的平面坐标位置，指示摄像装置截取点击事件发生位置预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；
文字结果组织模块对由图像转换过来的文字，进行分析处理，并存储到数据库中；其中，分析处理可以包括明显语义纠错等处理操作，在此不作限定；
语音合成以及语音传输模块对数据库中的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中。
步骤203、扬声器装置进行语音播放。
上述实施例一中将由图像转换过来的文字直接进行语音播放，能够实现朗读的功能。进一步地，实施例二中根据用户需求，用户可以自由选择是否对由图像转换过来的文字进行拓展处理，如果需要，则将由图像转换过来的文字发送到文字拓展处理模块，借助第三方服务，例如互联网功能，对由图像转换过来的文字进行再次加工，然后将拓展处理结果发送给文字结果组织模块。拓展处理内容主要包括：将由图像转换过来的文字进行翻译，解释，摘要等操作。需要说明的是，本发明中，借助第三方服务对文字内容进行再次加工的内容不限于上述提到翻译、释义、书摘等服务，任何可以借助第三方完成的对文字内容进行再加工的服务都属于保护范围之内。
本发明实施例二提供的一种点读方法，包括以下步骤：
步骤301、摄像装置对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描。
步骤302、视场显示模块监视用户对视场的设置，以达到最佳视场。
步骤303、视场设置完成后，手势识别和定位模块根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据；根据每一点的深度数据设定该点上点击事件产生的阈值范围；根据摄像装置对用户在书本上手势的扫描，确定用户手指与书本之间的距离，将该距离与用户手指所在位置上的阈值范围相比较，如果在阈值范围内，则确定点击事件发生；根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置；
图像生成及字符识别模块根据获取的平面坐标位置，指示摄像装置截取点击事件发生位置预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；
文字拓展处理模块对图像生成及字符识别模块转换过来的文字进行拓展处理，将经过拓展处理的文字和转换过来的文字共同发送给文字结果组织模块；
文字结果组织模块将经过拓展处理的文字进行分析处理，并将经过拓展处理的文字和转换过来的文字进行标识配对，存储到数据库中；
语音合成以及语音传输模块对数据库中的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中。
步骤304、扬声器装置进行语音播放。
需要说明的是，确定点击事件的发生可以是单击，也可以是双击。如果是单击，则只要满足用户单击时，手指与书本之间的距离，在所设定的阈值范围内，则确定点击事件发生。如果是双击，手势识别和定位模块需要判断用户手指在预定时间内连续两次单击同一区域，且每次用户手指与书本之间的距离都在所述设定的阈值范围内，则确定点击事件发生。
为清楚说明本发明的系统和方法，下面列举具体场景进行说明：
1)用户首先打开台灯，点读系统自动启动，摄像装置例如3D摄像头，扬声器装置例如扬声器自动打开，自动与局域网里的电脑进行连接(有线或者无线)。
2)用户从书架上任意取下一本纸质图书，平放到点读系统的摄像装置下。
3)用户根据书本的大小，放置的位置，书本到摄像头的距离，以及台灯的明暗度进行调整，即进行视场设置。
图3为视场显示示意图。如图3所示，若书本放置的位置并不在摄像装置的正下方，摄像装置拍摄到的书本有效区域将会是一个梯形，如图3中的阴影区域所示，但这并不是最佳的视场位置，这样不利于后续手指和文字的识别。因此，用户可以不断手动调节摄像装置的角度，高度，以及书本的位置，与系统推荐的矩形边框尽量重合，如图3中实线所校正出的矩形区域所示。这个最终校正过的矩形区域将是系统识别手指动作和文字的最佳视场。
4)在视场设置完成后，手势识别和定位模块，根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据。
其中，平面坐标图用于根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标(x，y)位置。深度数据是一个数组，因为书本翻开后，不可能是一个平面，呈一个弧度，书本上每一点到摄像装置的距离不同。书本中央位置凸起，与摄像头之间的距离最近，书本其他位置距离摄像头较远。所以，手势识别和定位模块能够探测到平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的距离dsurface，从而形成一组纵向的深度数据。
基于每一个深度数据dsurface，可以预先设定一个阈值范围[dmin,dmax]。一般根据用户手指点击动作的倾斜角度不同，此处阈值范围[dmin,dmax]的设定略有差异。系统初始化时提供一个默认的预设值，如[dsurface-10mm,dsurface-2mm]，用户在使用时可以在系统设置中根据手指点击的灵敏度微调这一个范围。一般微调的原则是：阈值范围越大，越容易触发手指点击事件。
当摄像头动态探测到手指与摄像头之间的距离，d(x，y)满足：dmin<dx,y<dmax，表示点击事情产生。
5)用户手指单击书中任意一行，假设手指与摄像头之间的距离，d(x，y)＝25mm，而该平面坐标(x，y)位置上的深度数据值为dsurface＝30mm，则dmin＝30-10＝20mm，dmax＝30-2＝28mm，所以[dmin,dmax]＝[20,28]。由此可以判断，手指与摄像头之间的距离d(x，y)＝25mm在[dmin,dmax]之间，因此确定点击事件发生。
同时，根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置(x，y)。
6)图像生成及字符识别模块在用户手指点击的上下文区域，根据用户设定(可以设定点读手指点击位置的单词，或手指点击所在位置的整行)，指示摄像装置截取一个矩形范围的文字图像；
将该文字图像进行预处理、二值化、噪声去除和倾斜校正，然后经过字符切割和识别等光学字符识别(OCR)必要的基本步骤，转换成文字。
7)根据用户需求，文字拓展处理模块可以选择对转换过来的文字进行拓展处理。
例如选中的单词是点读机，要利用互联网功能实现点读机的词典服务，则向互联网发请求，获取与点读机相关的名词解释信息。
8)文字结果组织模块将与点读机相关的名词解释信息和点读机这个词语进行匹配，存储到数据库中。
9)语音合成以及语音传输模块对数据库中的文字进行语音合成，包括将输入的文本按字或词句分解为音素，并且对文本中的数字、货币单位、单词变形以及标点等要特殊处理的符号进行分析，然后将音素生成数字音频，最终用无线或有线的方式传输到扬声器。
10)扬声器将接收到的语音播放出来。
至此，完成本发明的点读方法。
需要注意的是，本发明将摄像装置安装于台灯的正上方，这里，台灯可以是普通台灯，也可以是护眼灯等，只要能够提供背景光源的稳定性即可。这样，通过摄像装置扫描出来的图像更清晰，更有利于点读功能的实现。
综上，本发明实施例提供的点读系统及其方法，点读装置利用摄像装置识别手指在普通书面上的手势，并对点击位置进行定位。截取手指点击区域的图像并进行字符识别和转换，然后将文字处理结果进行综合分析和纠错，最后以语音的形式输出。本发明不用特制的点读笔、点读课本即可实现用户用手指区域内的直接点读功能。从使用体验上来讲，将点读功能与台灯结合起来，实现了设备的优化组合，增强了纸质书籍阅读的体验，同时降低了购买点读机、点读笔、点读课本等特定产品花费的费用，让用户随时随地，用普通的纸质课本也能实现点读。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种点读系统，该系统包括：
摄像装置，位于台灯正上方，用于对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
点读装置，用于根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
扬声器装置，用于进行语音播放；
所述点读装置根据用户在书本上的手势确定点击事件时，具体包括：手势识别和定位模块，用于根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据；根据每一点的深度数据设定该点上点击事件产生的阈值范围；根据摄像装置对用户在书本上手势的扫描，确定用户手指与书本之间的距离，将该距离与用户手指所在位置上的阈值范围相比较，如果在阈值范围内，则确定点击事件发生；根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述点读装置进一步包括：图像生成及字符识别模块，文字结果组织模块，语音合成以及语音传输模块；
图像生成及字符识别模块，用于根据获取的平面坐标位置，指示摄像装置截取点击事件发生位置预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；
文字结果组织模块，用于对由图像转换过来的文字，进行分析处理，并存储到数据库中；
语音合成以及语音传输模块，用于对数据库中的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中进行播放。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述点读装置还包括：
文字拓展处理模块，用于对图像生成及字符识别模块转换过来的文字进行拓展处理，将经过拓展处理的文字和转换过来的文字共同发送给文字结果组织模块；
文字结果组织模块，还用于将经过拓展处理的文字进行分析处理，并将经过拓展处理的文字和转换过来的文字进行标识配对，存储到数据库中。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述点读装置还包括：
视场显示模块，用于监视用户对视场的设置，以达到最佳视场。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述点读装置，内置于点读系统内部，或者与智能设备连接，或者与服务器连接。
6.一种点读方法，该方法包括：
摄像装置对台灯下的书本及用户在书本上的手势进行实时扫描；
点读装置根据用户在书本上的手势确定点击事件；将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中；
扬声器装置进行语音播放；
其中，点读装置根据用户在书本上的手势确定点击事件具体包括：手势识别和定位模块根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据；根据每一点的深度数据设定该点上点击事件产生的阈值范围；根据摄像装置对用户在书本上手势的扫描，确定用户手指与书本之间的距离，将该距离与用户手指所在位置上的阈值范围相比较，如果在阈值范围内，则确定点击事件发生；根据点击事件所在平面坐标图的位置确定该点击事件所在的平面坐标位置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，点读装置将点击事件预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；将识别转换后的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中的方法包括：
图像生成及字符识别模块根据获取的平面坐标位置，指示摄像装置截取点击事件发生位置预定区域内的文字图像，进行图像到文字的识别转换；
文字结果组织模块对由图像转换过来的文字，进行分析处理，并存储到数据库中；
语音合成以及语音传输模块对数据库中的文字进行语音合成，并输出到扬声器装置中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当转换过来的文字需要进行拓展处理时，该方法还包括：
文字拓展处理模块对图像生成及字符识别模块转换过来的文字进行拓展处理，将经过拓展处理的文字和转换过来的文字共同发送给文字结果组织模块；
文字结果组织模块将经过拓展处理的文字进行分析处理，并将经过拓展处理的文字和转换过来的文字进行标识配对，存储到数据库中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述拓展处理的方法包括：解释，翻译，书摘。
10.如权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，在手势识别和定位模块根据摄像装置对台灯下书本的扫描，动态生成平面坐标图和平面坐标图每一点上书本与摄像装置之间的深度数据之前，该方法进一步包括：
视场显示模块监视用户对视场的设置，以达到最佳视场。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
手势识别和定位模块判断用户手指在预定时间内连续两次单击同一区域，且每次用户手指与书本之间的距离在所述阈值范围内，则确定点击事件发生。
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