CN109493288B - 一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，涉及图像处理领域。本发明包括步骤S01：计算映射变换矩阵；步骤S02：保存映射变换矩阵；步骤S03：图像映射；步骤S04：检测光斑位置；步骤S05：实现投影交互；其中，步骤S03包括步骤S031：得到前景图像；步骤S032：映射变换；步骤S033：图像二值化；步骤S04包括步骤S041：寻找最大连通域；步骤S042：计算光斑重心位置。本发明通过在投影区域和电脑屏幕设置相对应的点坐标建立映射矩阵，保存至映射变换矩阵，再通过图像映射将电脑屏幕图像二值化，计算最大连通域确定广播的重心位置，从而实现系统的交互，提高互动式课堂教学系统的授课效果、增强了投影展示效果、防止投影图像畸变。
Description
技术领域
本发明属于图像处理领域，特别是涉及一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法。
背景技术
交互式课堂教学系统是一种配合投影仪、电脑、相机等设备，可以在任意光滑投影面实现随意手指触摸控制、互动问答、远程交流等功能的系统。
因交互式课堂教学系统中的“交互”是通过相机捕捉图像，经图像算法处理后实现的，相机位于投影区域的上前方，当相机捕捉投影区域的图像时，相机的视角是从上向下，难免会导致捕捉到的图像出现畸变，即投影矩形区域在图像中显示是上大下小的形式，从而导致当用户在投影矩形区域下方绘制时，相机捕捉到的绘制光斑在图像中显示的非常小，从而会影响系统的正常交互。
为解决上述问题，本发明提供了一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法；能够实现图像畸形矫正，将相机捕捉到的畸变图像，通过三维映射变换成正常图像，从而解决投影区域下方绘制光斑较小的问题，保证了交互式课堂教学系统正常交互操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，通过在投影区域和电脑屏幕设置相对应的点坐标建立映射矩阵，保存至映射变换矩阵，再通过图像映射将电脑屏幕图像二值化，计算最大连通域确定广播的重心位置，从而实现系统的交互，解决了现有的互动式课堂教学系统图像易变形、授课效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，包括如下步骤：
步骤S01、计算映射变换矩阵：采集预先设定在电脑屏幕和投影区域的相对应的四组点位坐标并利用透视变换原理计算投影区域到电脑屏幕的映射矩阵；
步骤S02、保存映射变换矩阵：通过建立新的浮点64位矩阵保存步骤S01中获得的映射矩阵，遍历获得的映射矩阵，将对应位置的映射矩阵数据复制给新的浮点64为矩阵；
步骤S03、图像映射：具体包括以下步骤：
步骤S031、得到前景图像：获得相机采集的背景图像、当前图像和电脑屏幕图像并遍历当前图像和背景图像；
步骤S032、映射变换：通过三维透视变换原理，传入前景图像、电脑屏幕图像、映射矩阵、电脑屏幕分辨率并将前景图像映射到电脑屏幕图像上；
步骤S033、图像二值化：遍历电脑屏幕图像二维数据，若图像中灰度值大于10像素，则当前行、列的灰度值设置成255；若图像中灰度值等于10像素，则当前行、列的灰度值不变；若图像中灰度值小于10像素，则当前的行、列的灰度值设为0；
步骤S04、检测光斑位置：具体包括以下步骤：
步骤S041、寻找最大连通域：获取电脑屏幕图像中所有的连通域，遍历所有连通域，计算出连通域的面积，并筛选出面积最大的连通域点集合；
步骤S042、计算光斑重心位置：获取最大连通域的外接矩形，若外接矩形的宽或高大于15像素，则遍历外接矩形在电脑屏幕图像中的像素值，将像素值为255的位置x坐标、y坐标分别累加，当遍历外接矩形结束后，分别将x坐标累加值除以累加次数，将y坐标累加值除以累加次数，最终得到光斑重心位置的x坐标、y坐标；若外接矩形的宽或高小于等于15像素，则返回步骤S03，重新采集图像检测；
步骤S05、实现投影交互：将获得的光斑重心位置坐标传递给系统。
优选地，所述步骤S031中，所述背景图像为打开交互式课堂教学系统后，相机捕捉的投影区域未绘制图像；所述当前图像为实用交互式课堂教学系统中，相机捕捉的投影区域图像；所述电脑屏幕图像为电脑分辨率大小的空图，即全黑图像；所述背景图像、当前图像、电脑屏幕图像均为预先采集完成。
优选地，所述步骤S033中，若灰度值为255，则电脑屏幕图像的当前行、列为白色；若灰度值为0，则电脑屏幕图像的当前行、列为黑色。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过在投影区域和电脑屏幕设置相对应的点坐标建立映射矩阵，保存至映射变换矩阵，再通过图像映射将电脑屏幕图像二值化，计算最大连通域确定广播的重心位置，从而实现系统的交互，提高互动式课堂教学系统的授课效果、增强了投影展示效果、防止投影图像畸变。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法的步骤图；
图2为图像映射的具体步骤图；
图3为检测光斑位置具体步骤图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，本发明为一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，包括如下步骤：
步骤S01、计算映射变换矩阵：采集预先设定在电脑屏幕和投影区域的相对应的四组点位坐标并利用透视变换原理计算投影区域到电脑屏幕的映射矩阵，此4组点对数据预先准备好的数据；
步骤S02、保存映射变换矩阵：通过建立新的浮点64位矩阵保存步骤S01中获得的映射矩阵，遍历获得的映射矩阵，将对应位置的映射矩阵数据复制给新的浮点64为矩阵；浮点是指数字后带有小数，用于保存步骤S01中获得的映射矩阵；
步骤S03、图像映射：具体包括以下步骤：
步骤S031、得到前景图像：获得相机采集的背景图像、当前图像和电脑屏幕图像并遍历当前图像和背景图像；通过遍历当前图和背景图上的每个像素，用当前图像像素值减去背景图像像素值，得到前景图像，这样做能够有效排除背景图像中的干扰因素；
步骤S032、映射变换：通过三维透视变换原理，该原理通过现有的映射变换接口实现，传入前景图像、电脑屏幕图像、映射矩阵、电脑屏幕分辨率并将前景图像映射到电脑屏幕图像上，这样前景图像上的光斑就会映射到电脑屏幕图像相应的位置，完成映射变换；
步骤S033、图像二值化：遍历电脑屏幕图像二维数据，若图像中灰度值大于10像素，则当前行、列的灰度值设置成255；若图像中灰度值等于10像素，则当前行、列的灰度值不变；若图像中灰度值小于10像素，则当前的行、列的灰度值设为0；
步骤S04、检测光斑位置：具体包括以下步骤：
步骤S041、寻找最大连通域：连通域是指图像中连通物体的边缘轮廓点集合，获取电脑屏幕图像中所有的连通域，遍历所有连通域，计算出连通域的面积，并筛选出面积最大的连通域点集合；
步骤S042、计算光斑重心位置：获取最大连通域的外接矩形，若外接矩形的宽或高大于15像素，则遍历外接矩形在电脑屏幕图像中的像素值，将像素值为255的位置x坐标、y坐标分别累加，当遍历外接矩形结束后，分别将x坐标累加值除以累加次数，将y坐标累加值除以累加次数，最终得到光斑重心位置的x坐标、y坐标；若外接矩形的宽或高小于等于15像素，则返回步骤S03，重新采集图像检测，直至找出符合标准的连通域图像；
步骤S05、实现投影交互：将获得的光斑重心位置坐标传递给系统，通过系统上安装的软件，实现鼠标的单击、双击、右键等操作，从而完成绘制。
其中，步骤S031中，背景图像为打开交互式课堂教学系统后，相机捕捉的投影区域未绘制图像；当前图像为实用交互式课堂教学系统中，相机捕捉的投影区域图像；电脑屏幕图像为电脑分辨率大小的空图，即全黑图像；背景图像、当前图像、电脑屏幕图像均为预先采集完成。
其中，步骤S033中，若灰度值为255，则电脑屏幕图像的当前行、列为白色；若灰度值为0，则电脑屏幕图像的当前行、列为黑色。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01、计算映射变换矩阵：采集预先设定在电脑屏幕和投影区域的相对应的四组点位坐标并利用透视变换原理计算投影区域到电脑屏幕的映射矩阵；
步骤S02、保存映射变换矩阵：通过建立新的浮点64位矩阵保存步骤S01中获得的映射矩阵，遍历获得的映射矩阵，将对应位置的映射矩阵数据复制给新的浮点64为矩阵；
步骤S03、图像映射：具体包括以下步骤：
步骤S031、得到前景图像：获得相机采集的背景图像、当前图像和电脑屏幕图像并遍历当前图像和背景图像；
步骤S032、映射变换：通过三维透视变换原理，传入前景图像、电脑屏幕图像、映射矩阵、电脑屏幕分辨率并将前景图像映射到电脑屏幕图像上；
步骤S033、图像二值化：遍历电脑屏幕图像二维数据，若图像中灰度值大于10像素，则当前行、列的灰度值设置成255；若图像中灰度值等于10像素，则当前行、列的灰度值不变；若图像中灰度值小于10像素，则当前的行、列的灰度值设为0；
步骤S04、检测光斑位置：具体包括以下步骤：
步骤S041、寻找最大连通域：获取电脑屏幕图像中所有的连通域，遍历所有连通域，计算出连通域的面积，并筛选出面积最大的连通域点集合；
步骤S042、计算光斑重心位置：获取最大连通域的外接矩形，若外接矩形的宽或高大于15像素，则遍历外接矩形在电脑屏幕图像中的像素值，将像素值为255的位置x坐标、y坐标分别累加，当遍历外接矩形结束后，分别将x坐标累加值除以累加次数，将y坐标累加值除以累加次数，最终得到光斑重心位置的x坐标、y坐标；若外接矩形的宽或高小于等于15像素，则返回步骤S03，重新采集图像检测；
步骤S05、实现投影交互：将获得的光斑重心位置坐标传递给系统；
其中，所述步骤S031中，背景图像为打开交互式课堂教学系统后，相机捕捉的投影区域未绘制图像；所述当前图像为实用交互式课堂教学系统中，相机捕捉的投影区域图像；所述电脑屏幕图像为电脑分辨率大小的空图，即全黑图像；所述背景图像、当前图像、电脑屏幕图像均为预先采集完成。
2.根据权利要求1所述的一种交互式课堂教学系统光斑自适应映射方法，其特征在于，所述步骤S033中，若灰度值为255，则电脑屏幕图像的当前行、列为白色；若灰度值为0，则电脑屏幕图像的当前行、列为黑色。
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