CN106484081A - 一种基于计算机视觉的五子棋人机对弈的解决方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉的五子棋的人机对弈的最新解决方法，属于人机交互领域。利用CMOS相机采集人所下图像，通过图像采集卡或USB数据线把下棋图像输入计算机，并用计算机对所采集的图像进行处理，分割出人所下五子棋图像，通过霍夫变换提取五子棋形状特征参数，再将人所下五子棋坐标传递给计算机，计算机经过五子棋算法给出机器所下五子棋位置，然后通过机械臂完成下棋动作。本发明应用计算机视觉方法感知现实世界中五子棋所下位置，再通过计算机运算给出结果，简化了人机交互需要处理的视觉运算量。试验证明，本人机对弈的算法运算量小，精度高，可靠性好，起识别五子棋准确率达到100％，对模型验证的准确率达100％。

Description

一种基于计算机视觉的五子棋人机对弈的解决方案

所属技术领域

本发明涉及一种基于计算机视觉的五子棋人机对弈的解决方法，属于人机交互技术领域，特指基于计算机视觉技术，通过对人所下五子棋形状特征参数的提取和分析，计算机给出应答结果。

背景技术

计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力。但是与人脑的机制不同，计算机处理海量信息量的时候往往显得力不从心。所以在处理某些实际问题的时候是不是可以将问题简化，而不是使用一些高级算法例如深度学习来解决简单的实际问题。所以本发明方案是基于对一些实际问题的这样理解：如果某些视觉场景中某些已有状态不发生改变或者发生很小的改变，那么计算机只需要处理每一步的改变量，从而将处理好的每一步作为记录记一下来。作为下一步处理的先验经验，从而大大减小了计算量。

发明内容

为了克服现有人机交互及单纯依靠视觉算法感知世界的效率和准确性的不足，本发明提供了一种以基于五子棋形状特征参数为判别特征参数的自动识别的计算机视觉感知最新下棋状态的方法。直接以人眼观测到的五子棋形状为信息依据，利用描述物体边界信息的霍夫变换描述其形状信息，五子棋的形状为近圆形，利用霍夫变换可以用圆形来拟合五子棋的形状然后计算出五子棋的圆心坐标作为将其映射到世界坐标系输入给计算机作为计算机“心算”的对手所下棋位置信息，再将计算机自己所辖棋映射到世界坐标系传递给机械手完成下棋动作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明首先利用CMOS摄相机采集棋盘区域图像，并通过图像采集卡或USB数据线把棋盘图像输入计算机，再用计算机对所采集的图像进行处理，确定人所下最近一步的五子棋位置，然后计算机把这个位置(对计算机而言只是坐标信息)传递给五子棋算法(计算机会记忆自己所下棋的位置和人所下棋的位置，所以它只需要得知人最近所下的棋的位置，从而大大减小了视觉算法的计算量)，最后计算机根据五子棋算法给出自己所下的棋的位置信息，传递给外设(这里用的是机械臂)。

本发明的目的通过以下方法实现：

基于计算机视觉的五子棋对弈方法，具体步骤包括：图像采集、图像处理、坐标映射和五子棋算法分析、坐标重映射。

1)图像采集

利用CMOS相机在一定的光照条件下采集五子棋棋盘图像，再通过图像采集卡或USB数据线把采集到的图像传输到计算机。

2)图像处理

首先对采用的摄像头进行标定，获取摄像机的内外参数然后消除所获取图像的畸变。讲所输入的图像转换为灰度图；采用灰度均衡化的方法对灰度图进行图像增强；用中值滤波器进行中值滤波，去除噪点；再用高斯滤波去除细节信息，采用阈值分割，获得图像的二值图；然后对二值图运行开运算，分割出五子棋区域图像；用霍夫变换检测圆的方法获取五子棋的圆心坐标。

3)坐标映射

对获取的圆心坐标进行映射，具体的做法是计算机看到的五子棋盘和人看到的有所不同，计算机将五 子棋盘分成一个一个的正方形区域，其中棋盘格的每个交点坐落在方格的中心区域，只要五子棋的圆心坐标坐落在这个区域内就视为五子棋在这个格子的位置。由于圆心像素很小，五子棋的半径有足够大，所以坐标映射还是很准确的。

4)五子棋算法分析

计算机有一套五子棋算法，具体的算法是计算机接收人所下棋位置，经过分析给出自己所下棋的位置。

5)坐标重映射

将计算机所给出的下棋位置映射为世界坐标，传递给外设(这里是机械臂)。

本发明的有益效果是，只处理计算机视觉中的一小部分增加内容的信息，处理效率很高。计算机通过先验经验，通过存储已有的信息和增加新的有用信息，既保证了处理效率又增加了精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图 1是本发明的所述的模块化结构示意图。

图 2是本发明所述的算法原理图，是对图 1的详细说明。

图 3是本发明的所述的图像处理原理图。

图 4是霍夫变换后检测五子棋极坐标的效果图。

图 5是计算机打印到屏幕的计算机处理过程图。

具体实施方式

在图 1中，摄像机(1)与PC(2)通过USB线连接，将获取到的图像传递给PC(2)，PC(2)将自己所下的五子棋坐标通过串口(这里串口与蓝牙连接)，发送给Arduino(3)(与蓝牙通过串口连接)，Arduino控制机械臂(4)，在棋盘(5)上完成下棋动作，这里Arduino(3)已经把获取坐标所要下棋的位置记录下来了。

在图 2中，PC(2)中装有图像处理和五子棋的算法程序，这两个程序分别以线程的形式同时执行。图像处理的线程不停地检测是否人有下新的五子棋(8)，通过一个循环进行自检，可是否有新的五子棋坐标产生(9)，由于五子棋只含有黑白两种，所以这个算法中计算机只看得到黑棋，或者白棋。这样既减小了计算量，又减小了误检率；当有新的五子棋坐标产生时，五子棋线程获得这一坐标产生计算机所下的五子棋坐标(10)，并打印到屏幕上(显示计算机的思考方式)，然后通过串口将坐标给出(这里有坐标映射关系(11)；由机械臂完成下棋动作(12)；当人或者计算机获胜后，下棋结束(13)。

在图 3中，首先对采用的摄像头进行标定，获取摄像机的内外参数然后消除所获取图像的畸变(15)。将所输入的图像转换为灰度图；采用灰度均衡化的方法对灰度图进行图像增强(16)；用中值滤波器进行中值滤波，去除噪点；再用高斯滤波去除细节信息，采用阈值分割，获得图像的二值图 (17)；然后对二值图运行开运算(18)，分割出五子棋区域图像；用霍夫变换检测圆的方法获取五子棋的圆心坐标(19)。

Claims (3)

1.本发明涉及一种基于计算机视觉的五子棋人机对弈的解决方法，属于人机交互技术领域。其包括：1).计算机视觉技术，通过对人所下五子棋形状特征参数的提取和分析，提取棋盘上五子棋的坐标，进而通过坐标映射然后通过比对获得人所下最新五子棋坐标。2).五子棋算法处理，计算机五子棋算法程序接收人所下五子棋坐标，进行分析给出计算结果以及相应动作。

2.根据权利要求1所述的计算机视觉算法：1.图像处理算法，首先对采用的摄像头进行标定，获取摄像机的内外参数然后消除所获取图像的畸变。讲所输入的图像转换为灰度图；采用灰度均衡化的方法对灰度图进行图像增强；用中值滤波器进行中值滤波，去除噪点；再用高斯滤波去除细节信息，采用阈值分割，获得图像的二值图；然后对二值图像进行开运算，分割出五子棋区域图像；用霍夫变换检测圆的方法获取五子棋的圆心坐标。2).坐标变换，对获取的圆心坐标进行映射，具体的做法是计算机看到的五子棋盘和人看到的有所不同，计算机将五子棋盘分成一个一个的正方形区域，其中棋盘格的每个交点坐落在方格的中心区域，只要五子棋的圆心坐标坐落在这个区域内就视为五子棋在这个格子的位置。由于圆心像素很小，五子棋的半径有足够大，所以坐标映射还是很准确的。

3.根据权利要求1所述的五子棋算法处理，1).计算机中的图像处理和五子棋的算法程序，这两个程序分别以线程的形式同时执行。图像处理的线程不停地检测是否人有下新的五子棋，通过一个循环进行自检，可是否有新的五子棋坐标产生，由于五子棋只含有黑白两种，所以这个算法中计算机只看得到黑棋，或者白棋。这样既减小了计算量，又减小了误检率；2).当有新的五子棋坐标产生时，五子棋线程获得这一坐标产生计算机所下的五子棋坐标，并打印到屏幕上(显示计算机的思考方式)，然后通过串口将坐标给出(这里有坐标映射关系；有机械臂完成下棋动作；当人或者计算机获胜后，下棋结束。