CN105771232A - 基于机器视觉的军棋裁判装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的军棋裁判装置及方法。本发明包括抱箍、电源、调节旋钮、横杆、弹簧、电阻式压力传感器、指示灯、按钮、盖板、支撑杆、连接板、CCD相机、主控板、光源、角铁、透明玻璃板、分界槽和军棋。所述的军棋放置在所述的透明玻璃板上，所述的CCD相机通过连接板与所述盖板中的下盖板相连接，所述的CCD相机位于所述的光源的正下方，所述的光源位于所述的透明玻璃板下方。本发明可以高效的实现对军棋的识别和裁判，避免第三方作为裁判的人力浪费，提高裁判的效率和公平性。

Description

基于机器视觉的军棋裁判装置及方法

技术领域

本发明涉及一种棋类娱乐领域，具体地说是一种基于机器视觉的军棋裁判装置及方法。

背景技术

军旗是一种大众化的娱乐器具，在暗棋玩法中，双方不能暴露自己的棋子，交战双方碰吃时，需要有第三方作为裁判，根据棋子职位大小做出判断，选出胜方和败方。但在娱乐的过程中，受限于人数的限制，可能无法进行游戏，且第三方做为裁判存在人为情感的表达，影响游戏的公正性。

目前，现有技术中也有少量的军棋裁判设备，主要是接触识别式，例如中国专利号02208821.0所公布的一种陆战棋裁判识别装置，它需要识别座和具有识别标记的棋子，识别座需要做的精密耐磨，常见的塑料材质难以满足，且标记容易让人记住棋子的职位，暴露棋子。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于机器视觉的军棋裁判装置及方法。

本发明装置包括：抱箍、电源、调节旋钮、竖杆、弹簧、电阻式压力传感器、指示灯、按钮、盖板、支撑杆、连接板、CCD相机、主控制器、光源、角铁、透明玻璃板、分界槽和军棋。

所述的盖板有下盖板和侧盖板，所述的盖板间通过角铁相连接，所述的支撑杆通过螺栓与盖板相连接，所述的支撑杆上端设置有圆孔，所述的电阻式压力传感器固定在所述支撑杆上端设置的圆孔中，所述的透明玻璃板中间开有分界槽，两边对称的开有两个通孔，所述的分界槽将所述的透明玻璃板分成两个区间，所述的军棋背盖朝上分别放置在所述透明玻璃板的两个区间上，所述的指示灯上端穿过透明玻璃板上设置的通孔，所述的指示灯下端固定在盖板上，所述的盖板上设置有按钮。

所述的抱箍通过螺钉将所述的电源固定在所述的盖板上，所述的竖杆中间开有通槽，竖杆上部开有通孔，所述的调节旋钮通过所述竖杆中间的通槽与所述的光源相连接，所述的调节旋钮用于调节所述光源的上下，所述的弹簧下端与所述竖杆上部的通孔相连接，所述的弹簧上端与透明玻璃板相连接，所述的CCD相机通过连接板与所述盖板中的下盖板相连接，所述的CCD相机位于所述的光源的正下方，所述的光源位于所述的透明玻璃板下方，所述的主控制器与所述的盖板中的下盖板相连接。

本发明的控制系统包括电阻式压力传感器、指示灯、按键、CCD相机、主控制器，所述的主控制器与所述的压力传感器、指示灯、按键、CCD相机相连接，所述的按钮包括START按钮和END按钮。

本发明的工作流程是：按下START按钮系统开始工作，当有所述的军棋放在所述的透明玻璃板上，所述电阻式压力传感器将信号传输给所述主控制器，所述主控制器控制所述的CCD相机采集图像，并调用图像处理程序，与设置的军棋模版库相比较，判别所述的透明玻璃板上两个区间军棋的大小，并使获胜一侧的灯闪亮，并用两侧灯同时闪亮表示两棋子相同。如此循环，当按下END按钮后系统关机。

所述建立军棋模版库的程序步骤：

第一步，用Matlab软件读取单个军棋的图像；

第二步，对图像进行灰度和固定阈值二值化处理；

第三步，对单个军旗图像进行区域定位，确定汉字字符的上下左右边界；

第四步，根据得到的边界数据，将汉字字符在图中分割出；

第五步，对分割出的字符进行大小规格处理；

第六步，保存图像，得到一个棋子的模板。

重复上述操作，得到军棋模版库。

所述的图像处理程序包括如下处理步骤：

第一步，用Matlab软件读取军棋的图像；

第二步，对图像进行灰度和自动阈值二值化处理；

第三步，采用行扫描处理，确定两棋子上下边界，并将两棋子整体部分在图中切割下来；

第四步，对分割下来两棋子的图像继续进行行扫描，分别确定两棋子各自的上下边界，将图中的两个棋子分离；

例如，采集到工兵和地雷图像，分离出工兵和地雷的单个图像；采集到连长和连长图像，分离出连长和连长的单个图像；

第五步，对分割出来的两棋子各自进行列扫描，分别确定两棋子的左右边界，将上下两棋子中的字符部分分别切离出，得到两个棋子图像；

第六步，分别计算两图像棋子中各自的R分量均值大小，以此判别两幅图哪个是红色棋子，哪个是黑色棋子，其中R分量均值大的为红色棋子；

第七步，识别出图中上下棋子的颜色后，如果上棋子R分量均值大于下棋子，则上棋子为红色军旗子，下棋子为黑色军旗子，反之则上棋子为黑色军旗子，下棋子为红色军旗子；然后分别对两棋子进行灰度、固定阈值二值化处理，并规格两棋子图像的大小；

第八步，根据上一步，调用建立的棋子模板库，将两棋子和对应的红黑模板进行匹配，在红黑模板匹配方法中，利用相似度函数对识别的棋子和模板进行相似度计算，识别出具体的棋子；

第九步，根据模板匹配中对于棋子的定义，进行两棋子的大小评比。

所述的相似度函数方法是：将处理好的待识别棋子与模板库里面的十二个模板一一进行相似度的计算，将得出12组数据，这些数据的大小在0到1之间。其中0表示不相关，1表示完全相关，相似度越大，越接近1。所以，相似度计算后，通过判别12组数据哪个数据接近1，即可判别待识别棋子对应于哪个模板，从而确定待识别棋子具体是哪个棋子。

所述的模板匹配中，所述的模板匹配中，数字与棋子一一对应，在程序中用数字表示棋子。1表示司令、2表示军长、3表示师长、4表示旅长、5表示团长、6表示营长、7表示连长、8表示排长、9表示工兵、10表示地雷、11表示军旗、12表示炸弹。

根据军旗规则，设定每两个棋子相碰后的结果，通过所述的指示灯7显示。

本发明基于机器视觉的军棋裁判方法及装置能够精确识别两个棋子并判定其中的大小，能有效避免人为判别的不公正性，提高军棋裁判的效率。

附图说明

图1是本发明隐藏侧板后一个方向的立体结构图；

图2是本发明隐藏侧板后另一个方向的立体结构图；

图3是本发明的立体结构图；

图4是本发明控制系统原理框图；

图5是本发明的工作流程图；

图6是本发明建立军棋模版库的程序流程图；

图7是本发明建立的军棋模版库；

图8是本发明图像处理程序的流程。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、2、3所示，本发明包括：抱箍1、电源2、调节旋钮3、竖杆4、弹簧5、电阻式压力传感器6、指示灯7、按钮8、盖板9、支撑杆10、连接板11、CCD相机12、主控制器13、光源14、角铁15、透明玻璃板16、分界槽17和军棋18。

所述的盖板9有下盖板和侧盖板，所述的盖板9间通过角铁15相连接，所述的支撑杆10通过螺栓与盖板9相连接，所述的支撑杆10上端设置有圆孔，所述的电阻式压力传感器6固定在所述支撑杆10上端设置的圆孔中，所述的透明玻璃板16中间开有分界槽17，两边对称的开有两个通孔，所述的分界槽17将所述的透明玻璃板16分成两个区间，所述的军棋18背盖朝上分别放置在所述透明玻璃板的两个区间上，所述的指示灯7上端穿过透明玻璃板16上设置的通孔，所述的指示灯7下端固定在盖板9上，所述的盖板9上设置有按钮8。

所述的抱箍1通过螺钉将所述的电源2固定在所述的盖板9上，所述的竖杆4中间开有通槽，竖杆4上部开有通孔，所述的调节旋钮3通过所述竖杆4中间的通槽与所述的光源14相连接，所述的调节旋钮3用于调节所述光源14的上下，所述的弹簧5下端与所述竖杆4上部的通孔相连接，所述的弹簧5上端与透明玻璃板16相连接，所述的CCD相机12通过连接板11与所述盖板9中的下盖板相连接，所述的CCD相机12位于所述的光源14的正下方，所述的光源14位于所述的透明玻璃板16下方，所述的主控制器13与所述的盖板9中的下盖板相连接。

如图4、5所示，本发明的控制系统包括电阻式压力传感器6、指示灯7、按键8、CCD相机12、主控制器13，所述的主控制器13与所述的压力传感器6、指示灯7、按键8、CCD相机12相连接，所述的按钮8包括START按钮和END按钮；

本发明的工作流程是：按下START按钮系统开始工作，当有所述的军棋18放在所述的透明玻璃板16上，所述电阻式压力传感器6将信号传输给所述主控制器13，所述主控制器13控制所述的CCD相机12采集图像，并调用图像处理程序，与设置的军棋模版库相比较，判别所述的透明玻璃板16上两个区间军棋的大小，并使获胜一侧的灯闪亮，并用两侧灯同时闪亮表示两棋子相同。如此循环，当按下END按钮后系统关机。

如图6、7所示，所述建立军棋模版库的程序步骤：

第一步，用Matlab软件读取单个军棋的图像；

第二步，对图像进行灰度和固定阈值二值化处理；

第三步，对单个军旗图像进行区域定位，确定汉字字符的上下左右边界；

第四步，根据得到的边界数据，将汉字字符在图中分割出；

第五步，对分割出的字符进行大小规格处理；

第六步，保存图像，得到一个棋子的模板。

重复上述操作，得到军棋模版库，如图7所示。

如图8所示，所述的图像处理程序包括如下处理步骤：

第一步，用Matlab软件读取军棋的图像；

第二步，对图像进行灰度和自动阈值二值化处理；

第三步，采用行扫描处理，确定两棋子上下边界，并将两棋子整体部分在图中切割下来；

第四步，对分割下来两棋子的图像继续进行行扫描，分别确定两棋子各自的上下边界，将图中的两个棋子分离；

例如，采集到工兵和地雷图像，分离出工兵和地雷的单个图像；采集到连长和连长图像，分离出连长和连长的单个图像；

第五步，对分割出来的两棋子各自进行列扫描，分别确定两棋子的左右边界，将上下两棋子中的字符部分分别切离出，得到两个棋子图像；

第六步，分别计算两图像棋子中各自的R分量均值大小，以此判别两幅图哪个是红色棋子，哪个是黑色棋子，其中R分量均值大的为红色棋子；

第七步，识别出图中上下棋子的颜色后，如果上棋子R分量均值大于下棋子，则上棋子为红色军旗子，下棋子为黑色军旗子，反之则上棋子为黑色军旗子，下棋子为红色军旗子；然后分别对两棋子进行灰度、固定阈值二值化处理，并规格两棋子图像的大小；

第八步，根据上一步，调用建立的棋子模板库，将两棋子和对应的红黑模板进行匹配，在红黑模板匹配方法中，利用相似度函数对识别的棋子和模板进行相似度计算，识别出具体的棋子；

第九步，根据模板匹配中对于棋子的定义，进行两棋子的大小评比。

所述的相似度函数方法是：将处理好的待识别棋子与模板库里面的十二个模板一一进行相似度的计算，将得出12组数据，这些数据的大小在0到1之间。其中0表示不相关，1表示完全相关，相似度越大，越接近1。所以，相似度计算后，通过判别12组数据哪个数据接近1，即可判别待识别棋子对应于哪个模板，从而确定待识别棋子具体是哪个棋子。

所述的模板匹配中，数字与棋子一一对应，在程序中用数字表示棋子。1表示司令、2表示军长、3表示师长、4表示旅长、5表示团长、6表示营长、7表示连长、8表示排长、9表示工兵、10表示地雷、11表示军旗、12表示炸弹。

根据军旗规则，设定每两个棋子相碰后的结果，通过所述的指示灯7显示。

Claims (3)

1.基于机器视觉的军棋裁判装置，包括：抱箍(1)、电源(2)、调节旋钮(3)、横杆(4)、弹簧(5)、电阻式压力传感器(6)、指示灯(7)、按钮(8)、盖板(9)、支撑杆(10)、连接板(11)、CCD相机(12)、主控板(13)、光源(14)、角铁(15)、透明玻璃板(16)和分界槽(17)，其特征在于：

所述的盖板(9)有下盖板和侧盖板，所述的盖板(9)间通过角铁(15)相连接，所述的支撑杆(10)通过螺栓与盖板(9)相连接，所述的支撑杆(10)上端设置有圆孔，所述的电阻式压力传感器(6)固定在所述支撑杆(10)上端设置的圆孔中，所述的透明玻璃板(16)中间开有分界槽(17)，两边对称的开有两个通孔，所述的分界槽(17)将所述的透明玻璃板(16)分成两个区间，军棋(18)背盖朝上分别放置在所述透明玻璃板的两个区间上，所述的指示灯(7)上端穿过透明玻璃板(16)上设置的通孔，所述的指示灯(7)下端固定在盖板(9)上，所述的盖板(9)上设置有按钮(8)；

所述的抱箍(1)通过螺钉将所述的电源(2)固定在所述的盖板(9)上，所述的横杆(4)中间开有通槽，横杆(4)上部开有通孔，所述的调节旋钮(3)通过所述横杆(4)中间的通槽与所述的光源(14)相连接，所述的调节旋钮(3)用于调节所述光源(14)的上下，所述的弹簧(5)下端与所述横杆(4)上部的通孔相连接，所述的弹簧(5)上端与透明玻璃板(16)相连接，所述的CCD相机(12)通过连接板(11)与所述盖板(9)中的下盖板相连接，所述的CCD相机(12)位于所述的光源(14)的正下方，所述的主控板(13)与所述的盖板(9)中的下盖板相连接，所述的按钮(8)包括START按钮和END按钮。

2.基于机器视觉的军棋裁判方法，使用如权利要求1所示的装置，其特征在于该方法具体是：

按下START按钮系统开始工作，当有所述的军棋(18)放在所述的透明玻璃板(16)上，所述电阻式压力传感器(6)将信号传输给所述主控制器(13)，所述主控制器(13)控制所述的CCD相机(12)采集图像，并调用图像处理程序，与设置的军棋模版库相比较，判别所述的透明玻璃板(16)上两个区间军棋的大小，并使获胜一侧的灯闪亮，并用两侧灯同时闪亮表示两棋子相同；如此循环，当按下END按钮后系统关机。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的军棋裁判方法，其特征在于：所述的图像处理程序包括如下处理步骤：

第一步，用Matlab软件读取军棋(18)的图像；

第二步，对图像进行灰度和自动阈值二值化处理；

第三步，采用行扫描处理，确定两棋子上下边界，并将两棋子整体部分在图中切割下来；

第四步，对分割下来两棋子的图像继续进行行扫描，分别确定两棋子各自的上下边界，将图中的两个棋子分离；

第五步，对分割出来的两棋子各自进行列扫描，分别确定两棋子的左右边界，将上下两棋子中的字符部分分别切离出，得到两个棋子图像；

第六步，分别计算两图像棋子中各自的R分量均值大小，以此判别两幅图哪个是红色棋子，哪个是黑色棋子，其中R分量均值大的为红色棋子；

第七步，识别出图中上下棋子的颜色后，如果上棋子R分量均值大于下棋子，则上棋子为红色军旗子，下棋子为黑色军旗子，反之则上棋子为黑色军旗子，下棋子为红色军旗子；然后分别对两棋子进行灰度、固定阈值二值化处理，并规格两棋子图像的大小；

第八步，根据上一步，调用建立的棋子模板库，将两棋子和对应的红黑模板进行匹配，在红黑模板匹配方法中，利用相似度函数对识别的棋子和模板进行相似度计算，识别出具体的棋子；

第九步，根据模板匹配中对于棋子的定义，进行两棋子的大小评比。