CN107172386B - 一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法 - Google Patents

一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，包括步骤：一、图像序列的编码及显示：101、生成标准校验图像序列，102、建立标准数据图像序列，103、图像序列的显示；二、图像序列的解码：201、获取实际校验图像序列，202、提取实际校验图像序列的实际标志点并计算整体变换单应矩阵，203、提取实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，204、解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数并确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，205、获取实际数据图像序列，206、实际数据图像序列的解码。本发明利用摄像机镜头采集计算机影像信息，实现计算机内、外网信息单向传输，能够有效地解决涉密网络与非涉密网络间计算机信息的有效通讯。

Description

一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法
技术领域
本发明属于计算机数据传输技术领域，具体涉及一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法。
背景技术
非接触式读码的定义是按某种定义好的编码格式将计算机文本信息编码成图像，通过物理隔离的方式获得该幅图像的影像，不直接以有线或无线方式进行数据传输，即利用摄像头拍摄计算机信息编码影像，对获得的影像进行相应的处理，在摄像头获得的影像上提取所要的信息，然后按定义好的编码将其还原成原始计算机文本信息，实现对计算机数据高保密度的单向传输。传统的数据传输，采用的是以下几种方式：方案1、人工拷盘，两个独立的网络，内网有涉密信息，外网与国际互联网相连，通过人工的方式用移动存储器实现内外网数据对拷，达到数据传输的目的，从计算机诞生之日至今，该方法一直是最广泛使用的数据交换方法之一。方案2、采取安全隔离的计算机，用户使用一台连接内网和外网的计算机终端，主要类型分为：单主板、双硬盘，通过加装具有两个网络接口的隔离卡实现不同硬盘对应不同网络接口；双主板、双硬盘，通过电器开关分别选择两套网络系统；单主板、单硬盘，划分内外网区域的硬盘分别访问隔离卡的两个网络接口。方案3、采用网闸产品的网络隔离技术，通过网闸外部主机连接外网，内部主机连接内网，从而将外部主机与内部主机隔离开来，实现文件、数据信息的交换。方案1和方案3虽然实现物理隔离，但是由于人为因素的参与，跨部门成本的提高和两网共用存储，均不能达到完全的技术安全。方案2虽然可实现安全隔离，但共用硬件设备或者共用网络设备及线路，已违反了严格的物理隔离要求。因此目前还没有一种能够保证内外网间计算机信息传输保密性好、传输速度快的有效方法来有效地解决党政机关涉密网络与非涉密网络间计算机信息的有效通讯的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其基于计算机视觉技术，利用计算机显示器与摄像机镜头通过显示及采集计算机信息影像信息，以非接触方式实现计算机内、外网信息单向传输，具有信息传输保密程度高、传输速度快、信息损失小的特点，避免了因网络的内外隔离导致数据同步的维护困难的问题，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、图像序列的编码及显示，过程如下：
步骤101、生成标准校验图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机生成一帧M行N列的黑白格子相间的图像序列，每个黑格子和每个白格子的像素均为m×m；然后，将所述黑白格子相间的图像序列以n行n列的形式等分为n2个图像区域，在每个所述图像区域中选出四个黑格子或四个白格子，每个所述图像区域均通过四个彩色格子替换被选出的四个黑格子或四个白格子，所述彩色格子为标准标记点，带有4n2个所述标准标记点的图像序列为标准校验图像序列，其中，M、N为不小于3的正整数，n为不小于1的正整数，且M和N均为n的整数倍；
步骤102、建立标准数据图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机建立与步骤101中所述标准校验图像序列格式大小一致的一帧或多帧空白图像序列；然后，将待传输的字符串转化成0或1的二进制字符，0通过黑格子显示，1通过白格子显示；最后，以从左到右、从上到下的顺序依次将待传输的字符串以黑格子或白格子的形式填到一帧或多帧所述空白图像序列对应的位置中，得到一帧或多帧经过编码且含有传输数据的标准数据图像序列；
步骤103、图像序列的显示：第一计算机调取待传输的数据，通过第一计算机的显示器先显示待传输的数据的标准校验图像序列，再依次显示待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列；
步骤二、图像序列的解码，过程如下：
步骤201、获取实际校验图像序列：通过与第二计算机连接的摄像头拍摄第一计算机的显示器显示的待传输的数据的标准校验图像序列，并通过第二计算机对摄像头拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准校验图像序列对应的实际校验图像序列，摄像头拍摄的图像为三通道图像；
步骤202、提取实际校验图像序列的实际标志点并计算整体变换单应矩阵，过程如下：
步骤2021、第二计算机通过公式|2G-R-B|>Th遍历整个所述实际校验图像序列中的每个像素点，判断所述实际校验图像序列中的每个像素点的灰度值是否大于灰度阈值Th，所述实际校验图像序列中灰度值大于灰度阈值Th的像素点为有效像素点，提取所述实际校验图像序列中所有的有效像素点，彼此相邻的有效像素点组成1个实际标志点，其中，G为所述实际校验图像序列中像素点的绿通道灰度值，R为所述实际校验图像序列中像素点的红通道灰度值，B为所述实际校验图像序列中像素点的蓝通道灰度值；
步骤2022、对每个实际标志点分别进行拟合外接圆，获取圆心坐标，得到每个实际标志点的坐标，并以n行n列的形式将所述实际校验图像序列分割为n2个图像单元，每个所述图像单元包含四个实际标志点，n2个所述图像单元与n2个所述图像区域一一对应；
步骤2023、根据公式qij＝αijHijpij，计算所述图像区域到与该所述图像区域对应的所述图像单元的整体变换单应矩阵Hij，其中，i为行序号且i＝1,2，…，n，j为列序号且j＝1,2，…，n，pij表示n2个所述图像区域中第i行第j列的图像区域中标准标记点的坐标，qij表示n2个所述图像单元中第i行第j列的图像单元中实际标记点的坐标，αij表示整体变换单应矩阵Hij的非零常数因子；
所述实际校验图像序列和所述标准校验图像序列均采用图像坐标系；
步骤203、提取实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，过程如下：
步骤2031、第二计算机设置影像模板，所述影像模板为2×2结构的黑白相间的影像模板，所述影像模板的边长l满足：1.5l1<l<2l1，l1为所述实际校验图像序列中格子的边长；
步骤2032、采用归一化相关系数匹配法，利用所述影像模板从所述实际校验图像序列的图像坐标系原点开始遍历整个所述实际校验图像序列，计算每个像素的相关系数，查找所有局部相关系数最大的像素位置，并记录所有所述局部相关系数最大的像素的坐标；
步骤2033、建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的对应关系：对第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点，采用整体变换单应矩阵Hij进行矩阵变换，得到第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点对应在第i行第j列的图像单元中的坐标，且所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中每个格子在所述实际校验图像序列中的位置的对应关系方法均相同；
对所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中任一所述图像区域中格子顶点匹配时，过程如下：
步骤a、选取第i行第j列的图像区域中的任一格子的顶点坐标ζ，根据公式η＝Hijζ，计算顶点坐标ζ变换到第i行第j列的图像单元中的坐标η，在所有的所述局部相关系数最大的像素的坐标中查找与所述坐标η距离最近的坐标，与所述坐标η距离最近的所述局部相关系数最大的像素的坐标为选取的第i行第j列的图像区域中格子的顶点对应在第i行第j列的图像单元中的顶点位置，完成第i行第j列的图像区域中的一个格子的顶点的匹配；
步骤b、多次重复步骤a，遍历第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点坐标，完成第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点的匹配过程；
步骤2034、n2次重复步骤2033，直至完成n2个所述图像区域的每个格子顶点匹配过程，建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的一一对应关系；
步骤204、解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数并确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，过程如下：
步骤2041、选取标准校验图像序列与实际校验图像序列中的任一对应格子的四对顶点坐标，根据公式解算该任一对应格子的仿射变换参数其中，(x,y)为标准校验图像序列中格子的任一顶点坐标，(x',y')为实际校验图像序列中与(x,y)顶点坐标对应的顶点坐标；
步骤2042、多次重复步骤2041，解算标准校验图像序列中每个格子仿射变换参数；
步骤2043、根据公式O'MN＝FMNOMN，计算实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标O'MN，其中，OMN标准校验图像序列中第M行第N列格子的中心坐标；
实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标为实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标；
步骤2044、获取实际校验图像序列中每个格子所包含的二进制信息：首先，第二计算机通过实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标获取实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的灰度值；然后，第二计算机在实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点位置处开一个像素大小为3×3的窗口，获取该窗口内所有像素点的灰度平均值最后，设置窗口灰度阈值ε，确定实际校验图像序列中第M行第N列格子所承载的二进制信息，当灰度平均值小于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为0，当灰度平均值大于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为1；
步骤205、获取实际数据图像序列：通过摄像头拍摄第一计算机的显示器显示的待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列，并通过第二计算机对摄像头拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准数据图像序列对应的所述实际数据图像序列；
步骤206、实际数据图像序列的解码：根据步骤204中解算的每个格子仿射变换参数，以从左到右、从上到下的顺序依次对每帧实际数据图像序列中每个格子的进行解码，第二计算机将得到的二进制信息转化为字符串，获得要传输的数据，完成数据的传输。
上述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：步骤101中四个所述彩色格子在所述图像区域内呈中心对称布设，且四个所述彩色格子均与所述图像区域边缘间隔4～7个格子。
上述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：所述灰度阈值Th满足：0<Th≤255；所述窗口灰度阈值ε满足：100<ε<130。
上述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：所述2×2结构的黑白相间的影像模板由两种类型的影像模板组成，每种类型的影像模板均由左上区间、右上区间、左下区间和右下区间组成，两种类型的影像模板中的一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为黑、白、白和黑，两种类型的影像模板中的另一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为白、黑、黑和白。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过设置摄像头作为两个计算机之间的数据传输载体，将摄像头与其中一个计算机连接，拍摄另一个计算机生成的图像序列，避免了两个计算机数据传输的接触，进而避免了因网络的内外隔离导致两个计算机数据同步的维护困难的问题，同时保证数据的保密性和传输的单向性，便于推广使用。
2、本发明通过两个计算机中的一个计算机按照预设的编码格式将待传输的数据转化为图像序列，通过该计算机的显示屏显示编码结果；通过两个计算机中的另一个计算机获取摄像头采集的图像信息并对该图像信息进行解码获取传输的数据，大大提高了数据传输的速度，可靠稳定，使用效果好。
3、本发明对待传输的数据设置标准校验图像序列，并在标准校验图像序列中设置标准标记点，通过对摄像机采集标准校验图像序列，获得实际校验图像序列，对标准校验图像序列和实际校验图像序列进行标志点提取粗略的计算整体变换单应矩阵，采用模板匹配的方式确定实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，最后通过解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数，进而确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，根据校验图像序列解算的每个格子仿射变换参数去解码数据图像序列，获得要传输的数据，完成数据的传输，保密性强。
综上所述，本发明设计新颖合理，方法步骤简单，利用计算机显示器与摄像机镜头，通过显示及采集计算机信息影像信息，以非接触方式实现计算机内、外网信息单向传输，具有信息传输保密程度高、传输速度快、信息损失小的特点，能够有效地解决党政机关涉密网络与非涉密网络间计算机信息的有效通讯，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的数据传输设备的电路原理框图。
图2为本发明数据传输方法的方法流程框图。
图3为本发明标准校验图像序列的示意图。
图4为图3中标准标记点的局部放大图。
图5为本发明实际校验图像序列的示意图。
图6为本发明影像模板在实际校验图像序列中获取每个像素的相关系数的使用状态图。
附图标记说明:
1—第一计算机； 2—第二计算机； 3—摄像头。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，包括以下步骤：
步骤一、图像序列的编码及显示，过程如下：
步骤101、生成标准校验图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机1生成一帧M行N列的黑白格子相间的图像序列，每个黑格子和每个白格子的像素均为m×m；然后，将所述黑白格子相间的图像序列以n行n列的形式等分为n2个图像区域，在每个所述图像区域中选出四个黑格子或四个白格子，每个所述图像区域均通过四个彩色格子替换被选出的四个黑格子或四个白格子，所述彩色格子为标准标记点，带有4n2个所述标准标记点的图像序列为标准校验图像序列，其中，M、N为不小于3的正整数，n为不小于1的正整数，且M和N均为n的整数倍；
通过第一计算机1生成标准校验图像序列的目的是为了校正计算由于摄像机的镜头畸变，造成的拍摄影像变形失真，由于镜头是采用凸透镜和凹透镜的配合组成的，凸透镜汇聚光线而凹透镜发散光线，会给后期摄像机3采集图像时直线投影时成可见的曲线，摄像机3采集的画面由于角度以及距离的不同，会造成画面不同程度的失真，因此，通过生成标准校验图像序列的目的是形成校验图像，为后续的数据图像序列在采集环境不变的条件下，提供参考的依据。
实际使用中，第一计算机1配备的显示器分辨率为640×480，根据显示器尺寸，生成一张像素是1140×780的黑白格子相间的图片作为标准校验图像序列，每个黑格子和每个白格子的像素均为6×6，因此，标准校验图像序列中共有190×130个格子，所述黑白格子相间的图像序列等分为图像区域的数量越多，图像匹配的结果精度越高，但检校图像以及后续计算处理的时间就越长，依现有硬件设备环环境，优选的将所述黑白格子相间的图像序列以2行2列的形式等分为4个图像区域。
本实施例中，步骤101中四个所述彩色格子在所述图像区域内呈中心对称布设，且四个所述彩色格子均与所述图像区域边缘间隔4～7个格子。
通过四个彩色格子替换四个黑格子或四个白格子作为标准标记点，便于计算机计算灰度值，查找该标记点，四个所述彩色格子在所述图像区域内呈中心对称布设的目的是为了平衡所述图像区域各个方向畸变，避免由于标记点的分布不均导致的后期图像形变计算误差大，四个所述彩色格子均与所述图像区域边缘间隔4～7个格子的目的是使四个所述彩色格子依次连接形成的矩形与所述图像区域同比例缩小，表现所述图像区域的畸变更可靠。
如图3所示图像为第一计算机1生成的标准校验图像序列，标准校验图像序列中的黑白格子的边界均为直线，图4为图3中A的放大图，选取了白格子作为标准标记点。
步骤102、建立标准数据图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机1建立与步骤101中所述标准校验图像序列格式大小一致的一帧或多帧空白图像序列；然后，将待传输的字符串转化成0或1的二进制字符，0通过黑格子显示，1通过白格子显示；最后，以从左到右、从上到下的顺序依次将待传输的字符串以黑格子或白格子的形式填到一帧或多帧所述空白图像序列对应的位置中，得到一帧或多帧经过编码且含有传输数据的标准数据图像序列；
通过第一计算机1建立与步骤101中所述标准校验图像序列格式大小一致的一帧或多帧空白图像序列的目的是便于利用步骤101中所述标准校验图像序列后期获取的图像匹配参数来解码标准数据图像序列，将待传输的字符串转化成0或1的二进制字符的目的是采用二进制编码的格式对待传输的字符串编码，实现第一计算机1自主编码，效率高。
步骤103、图像序列的显示：第一计算机1调取待传输的数据，通过第一计算机1的显示器先显示待传输的数据的标准校验图像序列，再依次显示待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列；
图像序列的显示的目的是向与第二计算机2连接的摄像头3发出数据信息，通过非接触传输的方式将待传输的数据发送出去。
步骤二、图像序列的解码，过程如下：
步骤201、获取实际校验图像序列：通过与第二计算机2连接的摄像头3拍摄第一计算机1的显示器显示的待传输的数据的标准校验图像序列，并通过第二计算机2对摄像头3拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准校验图像序列对应的实际校验图像序列，摄像头3拍摄的图像为三通道图像；
摄像头3的设置是为了作为两个计算机之间的数据传输载体，将摄像头与第二计算机2连接，拍摄第一计算机1生成的图像序列，避免了两个计算机数据传输的接触，进而避免了因网络的内外隔离导致两个计算机数据同步的维护困难的问题，同时保证数据的保密性和传输的单向性；第二计算机2对摄像头3拍摄的图像进行灰度处理的目的是对摄像头3采集的图像进行不可缺少图像预处理，同时为了保证后续图像处理的效果，还可以对摄像头3采集的图像进行图像滤波，尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，图像预处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。
如图5所示图像为摄像头3采集的第一计算机1的显示器显示的待传输的数据的标准校验图像序列的实际校验图像序列，实际校验图像序列中的黑白格子的边界均有不同程度的弯曲变形。
步骤202、提取实际校验图像序列的实际标志点并计算整体变换单应矩阵，过程如下：
步骤2021、第二计算机2通过公式|2G-R-B|>Th遍历整个所述实际校验图像序列中的每个像素点，判断所述实际校验图像序列中的每个像素点的灰度值是否大于灰度阈值Th，所述实际校验图像序列中灰度值大于灰度阈值Th的像素点为有效像素点，提取所述实际校验图像序列中所有的有效像素点，彼此相邻的有效像素点组成1个实际标志点，其中，G为所述实际校验图像序列中像素点的绿通道灰度值，R为所述实际校验图像序列中像素点的红通道灰度值，B为所述实际校验图像序列中像素点的蓝通道灰度值；
本实施例中，第一计算机1生成16个标准标记点，每个标准标记点均由6×6个像素点组成，第二计算机2遍历整个所述实际校验图像序列中的每个像素点，获取所有的有效像素点，每个实际标志点均有多个有效像素点相邻组成，提取实际标志点时也可以采用|2R-G-B|>Th或者|2B-R-G|>Th，本实施例中，标准标记点为绿色，第二计算机2处理摄像头3采集的图像效果好。
本实施例中，所述灰度阈值Th满足：0<Th≤255；优选的灰度阈值Th取140。
步骤2022、对每个实际标志点分别进行拟合外接圆，获取圆心坐标，得到每个实际标志点的坐标，并以n行n列的形式将所述实际校验图像序列分割为n2个图像单元，每个所述图像单元包含四个实际标志点，n2个所述图像单元与n2个所述图像区域一一对应；
步骤2023、根据公式qij＝αijHijpij，计算所述图像区域到与该所述图像区域对应的所述图像单元的整体变换单应矩阵Hij，其中，i为行序号且i＝1,2，…，n，j为列序号且j＝1,2，…，n，pij表示n2个所述图像区域中第i行第j列的图像区域中标准标记点的坐标，qij表示n2个所述图像单元中第i行第j列的图像单元中实际标记点的坐标，αij表示整体变换单应矩阵Hij的非零常数因子；
所述实际校验图像序列和所述标准校验图像序列均采用图像坐标系；
由于所述标准校验图像序列中每个格子的边界为直线，没有畸变，采用图像坐标系可认为每个格子的坐标为已知量。
本实施例中，n取2，因此整体变换单应矩阵Hij包括H11、H12、H21和H22，H11、H12、H21或H22的计算方法均相同且矩阵H11、H12、H21或H22的，均为3×3的矩阵，以H11为例，p11表示4个所述图像区域中第1行第1列的图像区域中标准标记点的坐标，每个图像区域中均包含4个标准标记点，因此p11包括且的坐标均为已知量，由于p11为二维坐标，因此实际使用中需对p11的二维坐标进行升维，另qij表示4个所述图像单元中第1行第1列的图像单元中实际标记点的坐标，每个图像单元中均包含4个实际标记点，因此q11包括且 的坐标均为已知量，由于q11也为二维坐标，因此实际使用中需对q11的二维坐标进行升维，另 本实施例中，另将q11＝α11H11p11转换为采用4组点的坐标解H11中的8个未知数，进而计算所述图像区域到与该所述图像区域对应的所述图像单元的整体变换单应矩阵H11，以此类推，可计算出H12、H21和H22；
步骤203、提取实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，过程如下：
步骤2031、第二计算机2设置影像模板，所述影像模板为2×2结构的黑白相间的影像模板，所述影像模板的边长l满足：1.5l1<l<2l1，l1为所述实际校验图像序列中格子的边长；
本实施例中，所述2×2结构的黑白相间的影像模板由两种类型的影像模板组成，每种类型的影像模板均由左上区间、右上区间、左下区间和右下区间组成，两种类型的影像模板中的一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为黑、白、白和黑，两种类型的影像模板中的另一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为白、黑、黑和白。
由于实际校验图像序列中与格子的顶点相邻的黑白格子形式只有两种，因此，设置两种类型的影像模板，与每种影像模板的中心位置相似度大的像素点即为格子的顶点位置，通过遍历整个实际校验图像序列可分别找出这两种类型顶点的所有位置。
步骤2032、采用归一化相关系数匹配法，利用所述影像模板从所述实际校验图像序列的图像坐标系原点开始遍历整个所述实际校验图像序列，计算每个像素的相关系数，查找所有局部相关系数最大的像素位置，并记录所有所述局部相关系数最大的像素的坐标；
如图6所示，该影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为白、黑、黑和白，采用该影像模板对实际校验图像序列的像素点逐点进行计算相关系数，越靠近临域为白、黑、黑和白的像素点的相关系数越大，局部相关系数最大的像素位置即为实际校验图像序列中格子的顶点位置，利用该影像模板可匹配出临域为白、黑、黑和白的所有顶点位置；
实际使用中，上述左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为白、黑、黑和白的影像模板遍历整个所述实际校验图像序列后，再采用左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为黑、白、白和黑的影像模板遍历整个所述实际校验图像序列，可匹配出临域为黑、白、白和黑的所有顶点位置，需要说明的是，实际校验图像序列中只有这两种顶点类型，查找所有局部相关系数最大的像素位置，并记录所有所述局部相关系数最大的像素的坐标，为下一步的精确顶点位置匹配做基础。
步骤2033、建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的对应关系：对第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点，采用整体变换单应矩阵Hij进行矩阵变换，得到第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点对应在第i行第j列的图像单元中的坐标，且所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中每个格子在所述实际校验图像序列中的位置的对应关系方法均相同；
整体变换单应矩阵Hij是将整个的实际校验图像序列分块进行处理，实现有针对性的对不同的区域位置对实际校验图像序列进行矩阵变换，但是整体变换单应矩阵Hij只能给出第i行第j列的图像区域中整体的近似变换关系，为了保证标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的精确的对应关系，需逐一对每一个格子进行精确匹配。
对所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中任一所述图像区域中格子顶点匹配时，过程如下：
步骤a、选取第i行第j列的图像区域中的任一格子的顶点坐标ζ，根据公式η＝Hijζ，计算顶点坐标ζ变换到第i行第j列的图像单元中的坐标η，在所有的所述局部相关系数最大的像素的坐标中查找与所述坐标η距离最近的坐标，与所述坐标η距离最近的所述局部相关系数最大的像素的坐标为选取的第i行第j列的图像区域中格子的顶点对应在第i行第j列的图像单元中的顶点位置，完成第i行第j列的图像区域中的一个格子的顶点的匹配；
利用整体变换单应矩阵Hij对第i行第j列的图像区域中每个顶点进行变换，变换至第i行第j列的图像单元中，可以得到第i行第j列的图像区域中每个顶点在第i行第j列的图像单元中的近似位置，采用距离最近的方式与所有局部相关系数最大的像素的坐标进行比较，找到标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的精确的对应关系。
步骤b、多次重复步骤a，遍历第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点坐标，完成第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点的匹配过程；
步骤2034、n2次重复步骤2033，直至完成n2个所述图像区域的每个格子顶点匹配过程，建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的一一对应关系；
步骤204、解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数并确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，过程如下：
步骤2041、选取标准校验图像序列与实际校验图像序列中的任一对应格子的四对顶点坐标，根据公式解算该任一对应格子的仿射变换参数其中，(x,y)为标准校验图像序列中格子的任一顶点坐标，(x',y')为实际校验图像序列中与(x,y)顶点坐标对应的顶点坐标；
实际计算中，任一对应格子的四对顶点坐标中使用三对顶点坐标即可计算出该对应格子的仿射变换参数，也可采用最小二乘法对任一对应格子的四对顶点坐标进行计算获取该对应格子的仿射变换参数。
步骤2042、多次重复步骤2041，解算标准校验图像序列中每个格子仿射变换参数；
步骤2043、根据公式O'MN＝FMNOMN，计算实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标O'MN，其中，OMN标准校验图像序列中第M行第N列格子的中心坐标；
实际计算中，计算实际校验图像序列中每个格子的中心变换坐标，每个格子的中心变换坐标可代表该格子在实际校验图像序列中的坐标位置，简化利用格子的四个顶点代表该格子在实际校验图像序列中的位置。
实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标为实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标；
步骤2044、获取实际校验图像序列中每个格子所包含的二进制信息：首先，第二计算机2通过实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标获取实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的灰度值；然后，第二计算机2在实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点位置处开一个像素大小为3×3的窗口，获取该窗口内所有像素点的灰度平均值最后，设置窗口灰度阈值ε，确定实际校验图像序列中第M行第N列格子所承载的二进制信息，当灰度平均值小于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为0，当灰度平均值大于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为1；
本实施例中，所述窗口灰度阈值ε满足：100<ε<130，优选的窗口灰度阈值ε取128，实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的灰度值可代表该格子的灰度值，为了进一步的确定该格子的灰度值，对实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点信息扩充，第二计算机2在实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点位置处开一个像素大小为3×3的窗口，计算窗口内所有像素点的灰度平均值，利用窗口灰度阈值对该格子进行解码。
步骤205、获取实际数据图像序列：通过摄像头3拍摄第一计算机1的显示器显示的待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列，并通过第二计算机2对摄像头3拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准数据图像序列对应的所述实际数据图像序列；
步骤206、实际数据图像序列的解码：根据步骤204中解算的每个格子仿射变换参数，以从左到右、从上到下的顺序依次对每帧实际数据图像序列中每个格子的进行解码，第二计算机2将得到的二进制信息转化为字符串，获得要传输的数据，完成数据的传输。
本发明使用时，通过解算出标准校验图像序列在实际校验图像序列中每个格子的仿射变换参数，由于标准校验图像序列与实际校验图像序列格式大小均相等，标准校验图像序列中每个格子与标准数据图像序列中每个格子一一对应，在拍摄条件不变的情况下，认为实际校验图像序列中每个格子与实际数据图像序列中每个格子一一对应，利用解算出的标准校验图像序列在实际校验图像序列中每个格子的仿射变换参数，解码标准数据图像序列在实际数据图像序列中每个格子的数据，数据解码效率高，且提高了现有设备的传输速度，能够在保证高保密性、单向性的前提下准确的完成两个计算机之间数据的传输。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、图像序列的编码及显示，过程如下：
步骤101、生成标准校验图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机(1)生成一帧M行N列的黑白格子相间的图像序列，每个黑格子和每个白格子的像素均为m×m；然后，将所述黑白格子相间的图像序列以n行n列的形式等分为n2个图像区域，在每个所述图像区域中选出四个黑格子或四个白格子，每个所述图像区域均通过四个彩色格子替换被选出的四个黑格子或四个白格子，所述彩色格子为标准标记点，带有4n2个所述标准标记点的图像序列为标准校验图像序列，其中，M、N为不小于3的正整数，n为不小于1的正整数，且M和N均为n的整数倍；
步骤102、建立标准数据图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机(1)建立与步骤101中所述标准校验图像序列格式大小一致的一帧或多帧空白图像序列；然后，将待传输的字符串转化成0或1的二进制字符，0通过黑格子显示，1通过白格子显示；最后，以从左到右、从上到下的顺序依次将待传输的字符串以黑格子或白格子的形式填到一帧或多帧所述空白图像序列对应的位置中，得到一帧或多帧经过编码且含有传输数据的标准数据图像序列；
步骤103、图像序列的显示：第一计算机(1)调取待传输的数据，通过第一计算机(1)的显示器先显示待传输的数据的标准校验图像序列，再依次显示待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列；
步骤二、图像序列的解码，过程如下：
步骤201、获取实际校验图像序列：通过与第二计算机(2)连接的摄像头(3)拍摄第一计算机(1)的显示器显示的待传输的数据的标准校验图像序列，并通过第二计算机(2)对摄像头(3)拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准校验图像序列对应的实际校验图像序列，摄像头(3)拍摄的图像为三通道图像；
步骤202、提取实际校验图像序列的实际标志点并计算整体变换单应矩阵，过程如下：
步骤2021、第二计算机(2)通过公式|2G-R-B|>Th遍历整个所述实际校验图像序列中的每个像素点，判断所述实际校验图像序列中的每个像素点的灰度值是否大于灰度阈值Th，所述实际校验图像序列中灰度值大于灰度阈值Th的像素点为有效像素点，提取所述实际校验图像序列中所有的有效像素点，彼此相邻的有效像素点组成1个实际标志点，其中，G为所述实际校验图像序列中像素点的绿通道灰度值，R为所述实际校验图像序列中像素点的红通道灰度值，B为所述实际校验图像序列中像素点的蓝通道灰度值；
步骤2022、对每个实际标志点分别进行拟合外接圆，获取圆心坐标，得到每个实际标志点的坐标，并以n行n列的形式将所述实际校验图像序列分割为n2个图像单元，每个所述图像单元包含四个实际标志点，n2个所述图像单元与n2个所述图像区域一一对应；
步骤2023、根据公式qij＝αijHijpij，计算所述图像区域到与该所述图像区域对应的所述图像单元的整体变换单应矩阵Hij，其中，i为行序号且i＝1,2，…，n，j为列序号且j＝1,2，…，n，pij表示n2个所述图像区域中第i行第j列的图像区域中标准标记点的坐标，qij表示n2个所述图像单元中第i行第j列的图像单元中实际标记点的坐标，αij表示整体变换单应矩阵Hij的非零常数因子；
所述实际校验图像序列和所述标准校验图像序列均采用图像坐标系；
步骤203、提取实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，过程如下：
步骤2031、第二计算机(2)设置影像模板，所述影像模板为2×2结构的黑白相间的影像模板，所述影像模板的边长l满足：1.5l1<l<2l1，l1为所述实际校验图像序列中格子的边长；
步骤2032、采用归一化相关系数匹配法，利用所述影像模板从所述实际校验图像序列的图像坐标系原点开始遍历整个所述实际校验图像序列，计算每个像素的相关系数，查找所有局部相关系数最大的像素位置，并记录所有所述局部相关系数最大的像素的坐标；
步骤2033、建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的对应关系：对第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点，采用整体变换单应矩阵Hij进行矩阵变换，得到第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点对应在第i行第j列的图像单元中的坐标，且所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中每个格子在所述实际校验图像序列中的位置的对应关系方法均相同；
对所述标准校验图像序列中的n2个所述图像区域中任一所述图像区域中格子顶点匹配时，过程如下：
步骤a、选取第i行第j列的图像区域中的任一格子的顶点坐标ζ，根据公式η＝Hijζ，计算顶点坐标ζ变换到第i行第j列的图像单元中的坐标η，在所有的所述局部相关系数最大的像素的坐标中查找与所述坐标η距离最近的坐标，与所述坐标η距离最近的所述局部相关系数最大的像素的坐标为选取的第i行第j列的图像区域中格子的顶点对应在第i行第j列的图像单元中的顶点位置，完成第i行第j列的图像区域中的一个格子的顶点的匹配；
步骤b、多次重复步骤a，遍历第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点坐标，完成第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点的匹配过程；
步骤2034、n2次重复步骤2033，直至完成n2个所述图像区域的每个格子顶点匹配过程，建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的一一对应关系；
步骤204、解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数并确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，过程如下：
步骤2041、选取标准校验图像序列与实际校验图像序列中的任一对应格子的四对顶点坐标，根据公式解算该任一对应格子的仿射变换参数其中，(x,y)为标准校验图像序列中格子的任一顶点坐标，(x',y')为实际校验图像序列中与(x,y)顶点坐标对应的顶点坐标；
步骤2042、多次重复步骤2041，解算标准校验图像序列中每个格子仿射变换参数；
步骤2043、根据公式O'MN＝FMNOMN，计算实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标O'MN，其中，OMN标准校验图像序列中第M行第N列格子的中心坐标；
实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标为实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标；
步骤2044、获取实际校验图像序列中每个格子所包含的二进制信息：首先，第二计算机(2)通过实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标获取实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的灰度值；然后，第二计算机(2)在实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点位置处开一个像素大小为3×3的窗口，获取该窗口内所有像素点的灰度平均值最后，设置窗口灰度阈值ε，确定实际校验图像序列中第M行第N列格子所承载的二进制信息，当灰度平均值小于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为0，当灰度平均值大于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为1；
步骤205、获取实际数据图像序列：通过摄像头(3)拍摄第一计算机(1)的显示器显示的待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列，并通过第二计算机(2)对摄像头(3)拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准数据图像序列对应的所述实际数据图像序列；
步骤206、实际数据图像序列的解码：根据步骤204中解算的每个格子仿射变换参数，以从左到右、从上到下的顺序依次对每帧实际数据图像序列中每个格子的进行解码，第二计算机(2)将得到的二进制信息转化为字符串，获得要传输的数据，完成数据的传输。
2.按照权利要求1所述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：步骤101中四个所述彩色格子在所述图像区域内呈中心对称布设，且四个所述彩色格子均与所述图像区域边缘间隔4～7个格子。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：所述灰度阈值Th满足：0<Th≤255；所述窗口灰度阈值ε满足：100<ε<130。
4.按照权利要求3所述的一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于：所述2×2结构的黑白相间的影像模板由两种类型的影像模板组成，每种类型的影像模板均由左上区间、右上区间、左下区间和右下区间组成，两种类型的影像模板中的一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为黑、白、白和黑，两种类型的影像模板中的另一种类型的影像模板的左上区间、右上区间、左下区间和右下区间的颜色分别为白、黑、黑和白。
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