CN108664531A

CN108664531A - 一种基于编码图案的位置信息获取装置和获取方法

Info

Publication number: CN108664531A
Application number: CN201710215049.2A
Authority: CN
Inventors: 田雪松
Original assignee: Individual
Current assignee: Beijing Tstudy Technology Co ltd
Priority date: 2017-04-02
Filing date: 2017-04-02
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明实施例涉及一种基于编码图案的位置信息获取装置和获取方法,所述装置包括：壳体，壳体的底端设有开口，壳体的内部为容置部；图像采集传感器，设置于容置部内，通过开口对位置信息获取装置下方的编码纸上的编码图案进行采集，生成编码图案图像信号；图像处理装置，设置于容置部内，与图像采集传感器电连接，根据接收图像采集传感器采集到的编码图案图像信号建立网格模型，根据网格模型确定标称位置，并根据编码图案图像信号识别编码图案的标记，确定标记位置，并且根据相对于标称位置的标记位置确定标记的值，从而输出位置信息；无线模块，设置于容置部内，用于将位置信息发送到外部接收装置。

Description

一种基于编码图案的位置信息获取装置和获取方法

技术领域

本发明涉及图像识别处理设备领域，尤其涉及一种基于编码图案的位置信息获取装置和获取方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，人们日益普遍地使用计算机来生产、处理、交换和传播各种形式的信息。信息技术逐渐改变着人们的生活习惯。传统的利用纸张和笔进行书写的方式无法进行信息化处理，因此无法满足人们的需要。

现有技术中，需要把某种类型的信息进行位置编码后嵌入诸如纸张页、写字板或等价物的无源基底中。利用扫描仪、传真机、照相机或数字笔就可以读取、重建和使用本地嵌入到基底中的信息。例如，可以为基底上的人类可读的图形信息补充嵌入的用于扩展基底功能的机器可读信息。因此，如何对基于基底的编码图案进行有效、高准确度的位置信息识别获取，便成为需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于编码图案的位置信息获取装置和获取方法，能够准确识别编码图案中的标记，并根据标记位置确定标记的值，同时根据标记的值，输出编码图案对应的位置信息，从而实现位置信息的获取。本发明提供的装置使用方便，位置信息读取准确率高，并能实现无线传输功能，将获取到的位置信息实时共享到外部设备，以方便信息共享和保存。

为实现上述目的，在第一方面，本发明实施例提供了一种基于编码图案的位置信息获取装置，所述装置包括：

壳体，所述壳体的底端设有开口，所述壳体的内部为容置部；

图像采集传感器，设置于所述容置部内，通过所述开口对所述位置信息获取装置下方的编码纸上的编码图案进行采集，生成编码图案图像信号；

图像处理装置，设置于所述容置部内，与所述图像采集传感器电连接，根据接收所述图像采集传感器采集到的编码图案图像信号建立网格模型，根据所述网格模型确定标称位置，并根据所述编码图案图像信号识别编码图案的标记，确定标记位置，并且根据相对于所述标称位置的标记位置确定所述标记的值，从而输出位置信息；

无线模块，设置于所述容置部内，用于将所述位置信息发送到外部接收装置。

优选的，所述位置信息获取装置还包括：

书写端，设置于所述壳体的底端，用于在所述编码纸上进行书写。

优选的，所述位置信息获取装置还包括：

照明器件，设置于所述容置部内，用于对所述图像采集传感器采集的编码纸上的编码图案进行照明。

进一步优选的，所述位置信息获取装置还包括：

控制装置，设置于所述容置部内，与所述图像采集传感器、图像处理装置、无线模块和/或照明器件相连接；

所述控制装置输出控制信号，控制所述图像采集传感器、图像处理装置、无线模块和/或照明器件的启动和关闭。

进一步优选的，所述位置信息获取装置还包括：

电源模块，设置于所述容置部内，与所述图像采集传感器、图像处理装置、无线模块、控制装置和照明器件相连接；

所述电源模块对所述图像采集传感器、图像处理装置、无线模块、控制装置和照明器件进行供电。

在第二方面，本发明实施例提供了基于上述第一方面所述的位置信息获取装置的位置信息获取方法，包括：

对编码图案进行图像采集，生成编码图案图像信号；

根据所述编码图案图像信号建立网格模型，所述网格模型包括网格点和网格线，所述网格线交汇于网格点；

根据所述网格模型确定标称位置；

根据所述编码图案图像信号识别编码图案的标记，并确定标记位置；

根据相对于所述标称位置的标记位置，确定标记的值；

根据所述标记的值，输出所述编码图案对应的位置信息。

优选的，所述根据所述编码图案图像信号识别编码图案的标记，并确定标记位置具体为：

沿在所述网格点上汇合的所述网格线，搜索所述标记。

在距离所述网格点预设距离的位置，搜索所述标记。

优选的，所述根据相对于所述标称位置的标记位置，确定标记的值具体为：

根据所述标记沿所述网格线至所述标称位置的位移，确定所述标记的值。

根据所述标记至所述标称位置的位移，确定所述标记的值。

本发明实施例提供的位置信息获取装置，能够准确识别编码图案中的标记，并根据标记位置确定标记的值，同时根据标记的值，输出编码图案对应的位置信息，从而实现位置信息的获取。位置信息读取准确率高，并能实现无线传输功能，将获取到的位置信息实时共享到外部设备，以方便信息共享和保存。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于编码图案的位置信息获取装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的基于编码图案的位置信息获取方法的流程图；

图3a-图3d为本发明实施例提供的编码图案的一个单元的示意图；

图4为本发明实施例提供的编码图案的示意图之一；

图5为本发明实施例提供的编码图案的示意图之二；

图6为本发明实施例提供的编码图案的示意图之三。

具体实施方式

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。

为了更好的理解本发明的技术方案，首先对于本发明提出的编码图案的位置信息获取装置的应用场景进行介绍。

本发明的位置信息获取装置，用于对具有编码图案的编码纸、电子写字板或其他基底的编码图案进行采集、识别，通过编码图案确定位置信息获取装置的移动轨迹对应的位置信息，从而能够实现笔记追踪和记录的功能。

为便于表述，本发明中以编码纸为例，对于各种能够进行编码图案显示的基底进行统述。

本发明实施例提供的基于编码图案的位置信息获取装置，其结构可以如图1所示，主要包括如下部件：

壳体11，底端设有开口12，壳体的内部为容置部10；

图像采集传感器14，设置于容置部10内，通过开口12对位置信息获取装置下方的编码纸上的编码图案进行采集，生成编码图案图像信号；

在具体的实现中，图像采集传感器14可以具体采用CCD或者CMOS传感器。

图像处理装置16，设置于容置部10内，与图像采集传感器14电连接，根据接收图像采集传感器14采集到的编码图案图像信号建立网格模型，根据网格模型确定标称位置，并根据编码图案图像信号识别编码图案的标记，确定标记位置，并且根据相对于标称位置的标记位置确定标记的值，从而输出位置信息；

上述图像处理装置16所具体执行的处理过程，会在后续的位置信息获取方法的实施例中进行详述，后续方法实施例的全部技术方案均执行于本装置中。在此处着重介绍装置结构及其功能。

无线模块19，设置于容置部10内，用于将位置信息发送到外部接收装置。外部接收装置可以是具有无线接收功能的显示设备、数据处理设备或存储设备等。

因为本发明的位置信息获取装置可以根据识别到的位置信息用于笔记轨迹的记录，因此位置信息获取装置还可以包括书写端17。书写端17设置于壳体11的底端，用于在编码纸上进行书写。

书写端17在图1中仅为一种示意的可能实现的方式，在一些实施例中，并不需要由书写端17，也就是说可以没有实际的书写轨迹，而是可以识别虚拟的书写轨迹。

在优选的方案中，位置信息获取装置还包括照明器件13，设置于容置部10内，对图像采集传感器14采集的编码纸上的编码图案进行照明，从而能够提高识别的准确度。

照明器件13具体可以采用发光二极管，可以根据需要选择对特殊光线敏感的二极管，比如红外发光二极管。

在一些实现方式中，位置信息获取装置还包括控制装置18，设置于容置部10内，与图像采集传感器14、图像处理装置16、无线模块19和/或照明器件13相连接；

控制装置18输出控制信号，控制图像采集传感器14、图像处理装置16、无线模块19和/或照明器件13的启动和关闭。

控制装置18具体的可以安装于壳体11上，其表面由壳体11上露出，主题置于容置部10内。表面上可以包括由操控按钮以及显示屏20。通过显示屏20可以直接显示操控信息或者位置信息等等。

进一步的，位置信息获取装置中还包括有电源模块15，设置于容置部10内，与图像采集传感器14、图像处理装置16、无线模块19、控制装置18和照明器件13等相连接，对图像采集传感器14、图像处理装置16、无线模块19、控制装置18和照明器件13等进行供电。

电源模块15可以由电池以及相应电路来实现。

下面，将着重对上述装置所具体执行的处理过程进行说明。其方法流程可以如图2所示，包括如下步骤：

步骤210，对编码图案进行图像采集，生成编码图案图像信号；

具体的，编码图像可以显示或者印刷在编码纸、电子显示设备等装置上。编码图案至少占据其表面的一部分，通过位置信息获取装置光学可读，从而能够用于进行位置信息的确定。

编码图案的获取，并不是一次获取编码纸上的全部编码图案，而是根据位置信息获取装置的光学视野范围内获取相应部分的编码图案，我们可以认为是一个基准单元的编码图案。

在图3a-图3d给出了一个单元的编码图案的示意图。

步骤220，根据编码图案图像信号建立网格模型，网格模型包括网格点和网格线，网格线交汇于网格点；

基于图3a-图3d的编码图案的示意图进行说明：位置信息获取装置在读取到图3a-图3d的任一编码图案后，会基于预设的基础模型进行编码图案图像信号的分析，建立虚拟的网格点和网格线，从而对编码图案进行分析，其中网格线的交汇点就是网格点。在图3a-3d中，网格点标记为6，网格线标记为8。

步骤230，根据网格模型确定标称位置；

具体的，在本例中，优选的采用网格点6作为标称位置。

步骤240，根据编码图案图像信号识别编码图案的标记，并确定标记位置；

具体的，图中的黑点，即为编码图案的标记。在识别到编码图案的标记之后，即可确定在网络模型中的标记位置。

当然，标记需要按照预设规则进行设定，也就是说，在形成编码纸的时候，就需要按照预设规则来设置标记位置，从而在本步骤中，能够按照预设规则找到标记并确定标记位置。

查找标记并确定标记位置的方式可以包括至少两种：

第一，沿在网格点上汇合的网格线，搜索标记。

第二，在距离网格点预设距离的位置，搜索标记。

步骤250，根据相对于标称位置的标记位置，确定标记的值；

具体的，标记的值取决于标记7对标称位置(网格点)6的相对位置。在图3a-3d的实例中给出了四个可能的位置，在从标称位置延伸的每根网格线8上各有一个。

每个标记7相对于其标称位置6具有预设的固定位移，并且，对应于每个标称位置6只有一个标记7。当然，如果在编码纸上还可有其它标记，它们可能不是图案的一部分，比如可以是图象或图形的灰尘斑点，无意图的点或其他用途的标记。由于标记7的位置必须是在固定位移的，因此，这些其他标记不会干扰到对标记7的识别。

对于预设的固定位置，为了便于标记的准确识别，正常情况下需要遵循以下规则。

在一个具体的例子中，标记7相对于标称位置6沿着网格线8位移50um，位移优选为网格间隔的1/6，因为这相对而言容易确定某个具体标记属于哪个标称位置。同时，为了确定标记属于哪个标称位置，位移也应该小于网格间隔的1/4。

此外，位移不一定都沿着网格线，标记也可以位于独立的象限内。标记也不一定如图所示都是圆形或圆圈，也可以使用任何适当的形状如正方形或三角形等。

步骤260，根据标记的值，输出编码图案对应的位置信息。

仍然以图3a-图3d为例，图3a中的标记表示值1，图3b中的标记表示值2，图3c中的标记表示值3，图3d中的标记表示值4。

因而，每个标记可表示四个值“1-4"中的一个。这意味着编码图案可以分成用于X坐标的第一位置编码和用于Y坐标的第二位置编码。

因此标记的值可以如下表1表示。

标记值	X-编码	Y-编码
			1	1	1
2	0	1
			3	1	0
4	0	0

表1

因此，每个标记的值转换成用于X-编码的第一数值，用于Y-编码的第二数值，均采用二进制表示，以此方式，通过图案获得两个完全独立的位图。相反地，两个或多个位图可结合成用根据图3的多个标记进行图形编码的公共图案。

可以采用上面的四个编码图案的不同标记组成一个4*4的图形，从而针对组合而成的图形，可以用长度不超过4位的二进制值序列来表示其位置信息。

为了更好的理解技术方案，以图4所示的编码图案为例再进行详细说明。

图4示出具有4*4标记的编码图案实例，这些标记由位置信息获取装置读取。

这些4*4标记有以下值:

这些值表示以下二进制X-编码和Y-编码:

X-编码中的垂直位序列对位数列中的以下位置:2046进行编码。在列与列之间的差别是-2 4 2，它们模7得到:5 4 2，对编码窗口的以混合数为基数的位置号进行编码:(5-3)*8+(4-3)*2+(2-1)＝16+2+1＝19。被编码的第一编码窗口具有位置号0。因而，在1至2范围内且出现在局部表面的4*4标记中的差别是第20个这样的差别。由于另外总共有三个用于每个此种差别的列和一个起始列，在4*4X-编码中最右边的垂直序列属于X-编码中的第61列(列60)(3*20+1＝61)，而最左边的垂直序列属于第58列(列57)。

Y-编码中的水平位序列对位数列中的以下位置:0 4 1 3进行编码。由于这些水平位序列在第58列开始，行的起始位置是这些值减去57模7，得到起始位置6 3 0 2。它们转换成以混合数为基数的数字，变为:6-2,3-2,0-0,2-2＝4，1，0，0，在这，第三个数字是在有关位置号中的最低有效位数字。第四个数字就是在下一位置号中的最高有效位数字。

以混合数为基数的位置号是0*50+4*10+1*2+0*1＝42。

因而，Y-编码中的第三水平位序列属于具有起始位置0或1的第43编码窗口，而且，由于对于每个这样的编码窗口总共有四行，因此第三行的位置号是43*4＝172。

在此实例中，具有4*4标记的局部表面的左上角位置是(58,170)。

在以上实例中，标记用于正方形局部表面内以便对位置进行编码。然后上述已经说明，编码图案所在表面可以是其它的形状，例如为六边形。标记不必在相互垂直的网格中沿着网格线布置，还可具有其它的布置如在60°角网格中沿着网格线布置等等。还可采用极坐标系统。

如图5和6所示，还可使用三角形或六边形形式的网格。例如，参照图5，三角形网格线8使每个标记7在六个不同的方向上位移，提供甚至更大的可能性，对应于6^6*6个局部表面位置。对于六边形网格，参照图6中的蜂窝状图案，每个标记7可沿着网格线8在三个不同的方向上位移。

再如上所述，标记不必沿着网格线位移，也可沿着其它方向位移，例如在使用正方形网格图案时在独立的象限内各定位一个标记。在六边形网格图案中，标记可以沿四个或更多个不同的方向位移，例如在沿着网格线和沿着与网格线成60°角的直线的六个不同方向上位移。

以上各种实例仅为举例，并不限定本发明实际能够识别的编码图案的形状。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于编码图案的位置信息获取装置，其特征在于，所述位置信息获取装置包括：

2.根据权利要求1所述的位置信息获取装置，其特征在于，所述位置信息获取装置还包括：

3.根据权利要求1所述的位置信息获取装置，其特征在于，所述位置信息获取装置还包括：

4.根据权利要求3所述的位置信息获取装置，其特征在于，所述位置信息获取装置还包括：

5.根据权利要求4所述的位置信息获取装置，其特征在于，所述位置信息获取装置还包括：

6.一种基于上述权利要求1-5任一所述的位置信息获取装置的位置信息获取方法，其特征在于，所述方法包括：

对编码图案进行图像采集，生成编码图案图像信号；

根据所述网格模型确定标称位置；

根据相对于所述标称位置的标记位置，确定标记的值；

根据所述标记的值，输出所述编码图案对应的位置信息。

7.根据权利要求6所述的位置信息获取方法，其特征在于，所述根据所述编码图案图像信号识别编码图案的标记，并确定标记位置具体为：

沿在所述网格点上汇合的所述网格线，搜索所述标记。

8.根据权利要求6所述的位置信息获取方法，其特征在于，所述根据所述编码图案图像信号识别编码图案的标记，并确定标记位置具体为：

在距离所述网格点预设距离的位置，搜索所述标记。

9.根据权利要求6所述的位置信息获取方法，其特征在于，所述根据相对于所述标称位置的标记位置，确定标记的值具体为：

10.根据权利要求6所述的位置信息获取方法，其特征在于，所述根据相对于所述标称位置的标记位置，确定标记的值具体为：

根据所述标记至所述标称位置的位移，确定所述标记的值。