CN108363975A - 一种基于摄像头视觉检测的字迹清除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于摄像头检测的字迹清除系统及方法，其中该系统包括摄像头、滤波模块、图像处理模块、存储模块、模数转换模块、控制器、步进电机驱动器、步进电机和机械臂，通过滤波模块和图像处理模块对摄像头采集的图像信息进行滤波降噪并通过灰度化和二值化处理使图像信息更加单调简约，便于控制器对是否需要擦除字迹的判断与处理工作。在本发明的字迹清除方法中，将图像信息通过灰度化和二值化进行简化处理，便于利用上述图像信息中的参数经模数转换后得到的数字信号精准的控制步进电机带动机械臂和字迹清除工具完成字迹擦除任务，整个方法将图像处理与步进电机的控制以及机械臂的应用完美结合，字迹擦除过程更加精准可靠。

Description

一种基于摄像头视觉检测的字迹清除系统及方法

技术领域

本发明涉及摄像头视觉检测领域和机械臂自动控制领域，具体涉及一种基于摄像头视觉检测的字迹清除系统及方法。

背景技术

在办公和教学领域，常常存在对纸面上字迹进行清除的工作，擦除字迹的工作都是手动完成的，传统的人力进行字迹擦除的方式效率低且效果不稳定，并不适合大批量的字迹擦除任务。为了实现对字迹大批量的擦除工作，市场上出现了取代人工操作的字迹清除装置，但是现有的字迹清除装置由于摄像头分辨率限制，字迹擦除后仍存在较浅痕迹，擦除效果并不理想，且由于铅笔能达到的灰度与钢笔能达到的灰度有重叠部分，在控制字迹清除装置上的机械臂擦除次数达到预设值时才进行下一处擦除任务，这就造成机械臂擦除范围比实际需要范围大，擦除效率低。因此，现有的字迹擦除装置虽然实现了字迹自动擦除的目的，但是由于擦除效果不理想，并且擦除效率低，并未得到很好的应用。

由此可见，如何提供一种擦除彻底且擦除效率高的字迹清除系统，成为现在字迹清除技术领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种擦除彻底且擦除效率高的字迹清除系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于摄像头检测的字迹清除系统，包括摄像头、滤波模块、图像处理模块、存储模块、模数转换模块、控制器、步进电机驱动器、步进电机和机械臂；

所述摄像头获取纸面上的图像数据；

所述滤波模块与摄像头电连接，一般可以将滤波模块直接加装到摄像头上，所述滤波模块对所述图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

所述图像处理模块与所述滤波模块通过电脑上加装的视频采集卡和视频信号线连接，所述图像处理模块提取图像信息中的多个像素块，并分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；

本发明中的像素块是根据纸张尺寸选取的m×n个块状区域，每1cm*1cm的区域为一个像素块，在摄像头扫描时，按照从上到下、从左到右的顺序逐行对每个像素块进行扫描；

所述存储模块与电脑上的输入端口连接，用于存储各像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’；

所述模数转换模块通过外围电路与图像处理模块连接，所述模数转换模块将各像素块的所述Gray’转化成灰度信号e；

所述控制器通过外围电路与模数转换模块连接，所述控制器读入所述灰度信号e经分析处理后输出脉冲信号；由于灰度信号e为0或1，此时输出的脉冲信号为矩形波状信号；

所述步进电机驱动器与所述控制器电连接，所述步进电机驱动器读入所述脉冲信号，经处理后输出角位移信号；

步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过计算脉冲信号的脉冲个数来得到角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲信号的脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

所述步进电机与所述步进电机驱动器电连接，所述步进电机根据所述角位移信号，进行启停和运动；

所述机械臂一端与所述步进电机的输出轴固定连接，其另一端与字迹清除工具可拆卸连接，所述步进电机带动所述机械臂在纸面上方移动，所述机械臂通过所述字迹清除工具对纸上字迹进行清除。

本发明的有益效果是：通过滤波模块和图像处理模块对摄像头采集的图像信息进行滤波降噪并通过灰度化和二值化处理使图像信息更加单调简约，便于控制器对是否需要擦除字迹的判断与处理工作，步进电机驱动器通过接收到的脉冲信号的脉冲数和频率精确获取驱动步进电机运转的角位移信号，从而驱动步进电机带动机械臂在纸面上方移动，执行字迹擦除工作。

本发明中的图像处理模块、存储模块和控制器均可以通过计算机上的Matlab软件结合计算机上的硬件接口完成图像处理、数据存储和控制功能，通过Matlab软件向串口发送指令数据，并利用电脑上的相关硬件接口实现对步进电机驱动器的控制。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述字迹清除工具包括橡皮擦、去墨灵和涂改液。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过改变字迹清除工具的种类配合图像处理中相关参数的调整，可以实现对不同种类字迹的清除。

进一步，所述灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

采用上述进一步方案的有益效果是通过平均值法计算灰度值，使各像素块的红色变量的值R＝绿色变量的值G＝蓝色变量的值B＝灰度值Gray，从而实现图像信息的灰度化，便于后续对图像信息的二值化处理。

进一步，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

1)设定灰度阈值a；

2)将各像素块的所述灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

3)令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

4)得到各像素块的Gray’。

采用上述进一步方案的有益效果是通过设定灰度阈值a并将各像素块的灰度值Gray与灰度阈值a比较，将灰度值Gray进行分类，灰度值Gray大于灰度阈值a的像素块并定义为白色块，即灰度值为255，灰度值Gray小于灰度阈值a的像素块并定义为黑色块，即灰度值为0，使整个图像只有黑白两种颜色，便于后期对图像中字迹的擦除工作的执行。

进一步，所述灰度阈值a的取值范围是0-240。

采用上述进一步方案的有益效果是通过对灰度阈值a的调整可以使系统识别不同灰度范围的字迹信息，从而实现对多种字迹信息的识别清除。

进一步，所述灰度信号e为0或1，所述Gray’＝255时，所述灰度信号e为0，所述Gray’＝0时，所述灰度信号e为1。

采用上述进一步方案的有益效果是将模拟信号Gray’通过模数转换模块转化为数字信号e后，对于二值化后的灰度值Gray’＝255时，即像素块为白色时，对应的数字信号e＝0，此信号经控制器处理后输出脉冲信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机移动到下一像素块；对于二值化后的灰度值Gray’＝0时，即像素块为黑色时，对应的数字信号e＝1，此信号经控制器处理后输出脉冲信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机带动机械臂在纸面上移动进行字迹擦除，直至检测分析得到的Gray’＝255时或擦除次数达到20次时，步进电机带动机械臂移动到下一像素块。

本发明还涉及一种基于摄像头检测的字迹清除方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：获取纸面上的图像数据；

步骤2：对所述图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

步骤3：提取图像信息中的多个像素块，分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；并将多个像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’进行存储；本发明中的像素块是根据纸张尺寸选取的m×n个块状区域，在摄像头扫描时，按照从上到下、从左到右的顺序逐行对每个像素块进行扫描；

步骤4:将多个像素块的所述Gray’转化成灰度信号e；

步骤5：将所述灰度信号e读入控制器中，经分析处理后输出脉冲信号；

步骤6：将所述脉冲信号读入步进电机驱动器中，经处理后输出角位移信号；

步骤7：将所述角位移信号传送给步进电机，通过所述角位移信号控制步进电机的起止和运动；

步骤8：将机械臂一端固定安装于步进电机的输出轴上，并在机械臂的另一端安装字迹清除工具，通过步进电机带动所述机械臂和字迹清除工具在纸面上方移动，擦除纸面上的字迹。

进一步，所述灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

进一步，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

1)设定灰度阈值a；

2)将各像素块的所述灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

3)令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

4)得到各像素块的Gray’。

进一步，所述灰度阈值a的取值范围是0-240。

进一步，所述灰度信号e为0或1，所述Gray’＝255时，所述灰度信号e为0，所述Gray’＝0时，所述灰度信号e为1。

采用上述方法的有益效果是：本发明的字迹清除方法中，将图像信息通过灰度化和二值化进行简化处理，便于利用上述图像信息中的参数经模数转换后得到的数字信号精准的控制步进电机带动机械臂和字迹清除工具完成字迹擦除任务，整个方法将图像处理与步进电机的控制以及机械臂的应用完美结合，字迹擦除过程更加精准可靠。

附图说明

图1为本发明一种基于摄像头检测的字迹清除系统硬件结构图；

图2为本发明一种基于摄像头检测的字迹清除系统中对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理得到Gray’的方法流程图；

图3为本发明一种基于摄像头检测的字迹清除系统图像扫描和字迹清除过程的方法执行流程图；

图4为本发明一种基于摄像头检测的字迹清除方法流程图；

图5为本发明一种基于摄像头检测的字迹清除方法中对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理得到Gray’的方法流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、摄像头，2、滤波模块，3、图像处理模块，4、存储模块，5、模数转换模块，6、控制器，7、步进电机驱动器，8、步进电机，9、机械臂。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于摄像头检测的字迹清除系统，包括摄像头1、滤波模块2、图像处理模块3、存储模块4、模数转换模块5、控制器6、步进电机驱动器7、步进电机8和机械臂9；

摄像头1用于获取纸面上的图像数据；

滤波模块2与摄像头1电连接，一般可以将滤波模块2加装到摄像头1上，对图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

图像处理模块3与滤波模块2通过电脑上加装的视频采集卡和视频信号线连接，图像处理模块3提取图像信息中的多个像素块，并分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；

实施例中提到的像素块是根据纸张尺寸选取的m×n个块状区域，每1cm*1cm的区域为一个像素块，在摄像头扫描时，按照从上到下、从左到右的顺序逐行对每个像素块进行扫描；

存储模块4与电脑上的输入端口连接，存储模块4用于存储各像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’；

模数转换模块5通过外围电路与图像处理模块3和控制器6连接，模数转换模块5将各像素块的所述Gray’转化成灰度信号e；

控制器6读入灰度信号e，经分析处理后输出脉冲信号；

步进电机驱动器7与控制器6电连接，步进电机驱动器7读入脉冲信号，经处理后输出角位移信号；

步进电机8与步进电机驱动器7电连接，步进电机8根据所述角位移信号，进行起止和运动；

机械臂9一端与步进电机8的输出轴固定连接，其另一端与字迹清除工具可拆卸连接，步进电机8带动机械臂9在纸面上方移动，机械臂9通过字迹清除工具对纸上字迹进行清除。

具体地，上述实施例中提到的字迹清除工具包括橡皮擦、去墨灵和涂改液等多种字迹清除工具。

具体地，上述实施例中灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

参见附图2，对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

A1:设定灰度阈值a；

A2:将各像素块的灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

A3:定义Gray的值，令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

A4:得到各像素块的Gray’。

具体地，上述实施例中灰度阈值a的取值范围是0-240。

上述事实例中灰度信号e为0或1，所述Gray’＝255时，所述灰度信号e为0，所述Gray’＝0时，所述灰度信号e为1。

参见附图3，系统开始开始扫描后，对二值化后的灰度值Gray’进行是否等于0的判断，并得到将模拟信号Gray’通过模数转换模块转化后的数字信号e，对于二值化后的灰度值Gray’不等于0(Gray’＝255)时，即像素块为白色时，对应的数字信号e＝0，此信号经控制器处理后输出脉冲信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机移动到下一像素块；对于二值化后的灰度值Gray’＝0时，即像素块为黑色时，对应的数字信号e＝1，此处定义擦除次数b＝0，信号经控制器处理后输出脉冲信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机带动机械臂在纸面上移动进行字迹擦除，直至检测分析得到的Gray’不等于0时或者擦除次数b达到20次时，步进电机带动机械臂移动到下一像素块，系统对一个像素块的扫描清除过程结束。由于纸面上存在m×n个像素块，系统扫描至最后一个像素块时，整个擦除过程才算结束。对于m和n的具体取值，可以根据纸张大小定义，本实施例中选用国际标准纸张A4纸，由于A4纸的大小为210mm×297mm,粗略记为21cm×30cm。定义m＝21，n＝30，每1cm*1cm的区域为一个像素块，则纸上划分630个像素块。

本实施例的字迹清除系统通过滤波模块和图像处理模块对摄像头采集的图像信息进行滤波降噪并通过灰度化和二值化处理使图像信息更加单调简约，通过设定灰度阈值a并将各像素块的灰度值Gray与灰度阈值a比较，将灰度值Gray进行分类，灰度值Gray大于灰度阈值a的像素块并定义为白色块，即灰度值为255，灰度值Gray小于灰度阈值a的像素块并定义为黑色块，即灰度值为0，使整个图像只有黑白两种颜色，便于控制器对是否需要擦除字迹的判断与处理工作，步进电机驱动器通过接收到的脉冲信号的脉冲数和频率精确获取驱动步进电机运转的角位移信号，从而驱动步进电机带动机械臂在纸面上方移动，执行字迹擦除工作。

参见附图4，本实施例还涉及一种基于摄像头检测的字迹清除方法，包括以下步骤：

S1：获取纸面上的图像数据；

S2：对图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

S3：提取图像信息中的多个像素块，分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；并将多个像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’进行存储；

实施例中的像素块是根据纸张尺寸选取的m×n个块状区域，在摄像头扫描时，按照从上到下、从左到右的顺序逐行对每个像素块进行扫描；本实施例中选用国际标准纸张A4纸，由于A4纸的大小为210mm×297mm,粗略记为21cm×30cm，定义m＝21，n＝30，每1cm*1cm的区域为一个像素块，则纸上划分630个像素块。

S4:将多个像素块的Gray’转化成灰度信号e；

S5：将灰度信号e读入控制器中，经分析处理后输出脉冲信号；

S6：将脉冲信号读入步进电机驱动器中，经处理后输出角位移信号；

S7：将角位移信号传送给步进电机，通过角位移信号控制步进电机的起止和运动；

S8：将机械臂一端固定安装于步进电机的输出轴上，并在机械臂的另一端安装字迹清除工具，通过步进电机带动机械臂和字迹清除工具在纸面上方移动，擦除纸面上的字迹。

具体地，灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

参见附图5，对各像素块的灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

S301：设定灰度阈值a；

S302：将各像素块的灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

S303：令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

S304：得到各像素块的Gray’。

更具体地，在一些实施例中，灰度阈值a的取值范围是0-240。本实施例中设定灰度阈值a为240。

具体地，本实施例中的灰度信号e为0或1，在Gray’＝255时，灰度信号e为0，在Gray’＝0时，灰度信号e为1。

本实施例提供的基于摄像头检测的字迹清除方法将图像信息通过灰度化和二值化进行简化处理，便于利用上述图像信息中的参数经模数转换后得到的数字信号精准的控制步进电机带动机械臂和字迹清除工具完成字迹擦除任务，整个方法将图像处理与步进电机的控制以及机械臂的应用完美结合，字迹擦除过程更加精准可靠。

上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种基于摄像头检测的字迹清除系统，其特征在于，包括摄像头(1)、滤波模块(2)、图像处理模块(3)、存储模块(4)、模数转换模块(5)、控制器(6)、步进电机驱动器(7)、步进电机(8)和机械臂(9)；

所述摄像头(1)获取纸面上的图像数据；

所述滤波模块(2)对所述图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

所述图像处理模块(3)提取所述图像信息中的多个像素块，并分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；

所述存储模块(4)存储多个所述像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’；

所述模数转换模块(5)将多个所述像素块的所述Gray’转化成灰度信号e；

所述控制器(6)读入所述灰度信号e，经分析处理后输出脉冲信号；

所述步进电机驱动器(7)读入所述脉冲信号，经处理后输出角位移信号；

所述步进电机(8)根据所述角位移信号启停和运动；

所述机械臂(9)一端与所述步进电机(8)的输出轴固定连接，其另一端与字迹清除工具可拆卸连接，所述步进电机(8)启动时，带动所述机械臂(9)在纸面上方移动，所述机械臂(9)通过所述字迹清除工具对纸上字迹进行清除。

2.根据权利要求1所述一种基于摄像头检测的字迹清除系统，其特征在于，所述灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

3.根据权利要求1所述一种基于摄像头检测的字迹清除系统，其特征在于，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

1)设定灰度阈值a；

2)将各像素块的所述灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

3)令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

4)得到各像素块的Gray’。

4.根据权利要求3所述一种基于摄像头检测的字迹清除系统，其特征在于，所述灰度阈值a的取值范围是0-240。

5.根据权利要求1所述一种基于摄像头检测的字迹清除系统，其特征在于，所述灰度信号e为0或1，所述Gray’＝255时，所述灰度信号e为0，所述Gray’＝0时，所述灰度信号e为1。

6.一种基于摄像头检测的字迹清除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取纸面上的图像数据；

步骤2：对所述图像数据进行滤波降噪处理，得到清晰的图像信息；

步骤3：提取图像信息中的多个像素块，分析各像素块R、G、B三分量的灰度信息，采用平均值法计算各像素块的灰度值Gray，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’；并将多个像素块的灰度值Gray和处理后的灰度值Gray’进行存储；

步骤4:将多个像素块的所述Gray’转化成灰度信号e；

步骤5：将所述灰度信号e读入控制器中，经分析处理后输出脉冲信号；

步骤6：将所述脉冲信号读入步进电机驱动器中，经处理后输出角位移信号；

步骤7：将所述角位移信号传送给步进电机，通过所述角位移信号控制步进电机的启停和运动；

步骤8：将机械臂一端固定安装于步进电机的输出轴上，并在机械臂的另一端安装字迹清除工具，通过步进电机带动所述机械臂和字迹清除工具在纸面上方移动，擦除纸面上的字迹。

7.根据权利要求6所述一种基于摄像头检测的字迹清除方法，其特征在于，所述灰度值Gray的计算公式为：

其中，

R为红色变量的值，

G为绿色变量的值，

B为蓝色变量的值。

8.根据权利要求6所述一种基于摄像头检测的字迹清除方法，其特征在于，对各像素块的所述灰度值Gray进行二值化处理，得到处理后的灰度值Gray’的方法包括以下步骤：

1)设定灰度阈值a；

2)将各像素块的所述灰度值Gray与灰度阈值a逐一进行比较，得到比较结果；

3)令大于灰度阈值a的灰度值Gray等于255，令小于灰度阈值a的灰度值Gray等于0；

4)得到各像素块的Gray’。

9.根据权利要求8所述一种基于摄像头检测的字迹清除方法，其特征在于，所述灰度阈值a的取值范围是0-240。

10.根据权利要求6所述一种基于摄像头检测的字迹清除方法，其特征在于，所述灰度信号e为0或1，所述Gray’＝255时，所述灰度信号e为0，所述Gray’＝0时，所述灰度信号e为1。