CN111681160B - 曲面图像的还原方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲面图像的还原方法、装置、设备及可读存储介质，该方法包括步骤：当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。本发明实现了将所拍摄的，透视畸变导致曲面二维码图像通过平面透视矫正操作和曲面还原操作还原成平面二维码图像。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种曲面图像的还原方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
随着智能手机以及图像处理技术的发展，基于不同图案的图像二维码，例如QRCode以及Data Matrix，已经在如移动支付，物流运输，商品推广等领域广泛使用。其中用于承载信息的二维码图案通常为正方形且在平面上显示。当图像二维码在被相机拍摄后，由于相机的镜头和传感器位置通常不会与二维码图像平行，从而造成未知的拍摄角度，导致拍摄到的二维码图像与原始的二维码图像间存在一定的透视畸变，且造成拍摄得到的二维码图像和原始二维码图像在形状，大小，位置上的不同，使二维码中承载的信息无法被正确提取。
由此可知，如何还原透视畸变导致的曲面二维码图像是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种曲面图像的还原方法、装置、设备及可读存储介质，旨在解决现有的如何还原透视畸变导致的曲面二维码图像的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种曲面图像的还原方法，所述曲面图像的还原方法包括步骤：
当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；
对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；
对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
可选地，所述对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像的步骤包括：
获取预设的圆柱体模型，计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述横坐标和纵坐标对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
可选地，所述获取预设的圆柱体模型，计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标的步骤包括：
获取预设的圆柱体模型，基于所述圆柱体模型，计算的所述第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和所述圆柱体模型的半径；
根据所述弧度和所述半径计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标；
获取拍摄所述第一曲面二维码图像的拍摄装置与所述第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取所述拍摄装置的焦距；
根据所述距离和所述焦距计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
可选地，所述对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像的步骤包括：
确定所述第二曲面二维码图像对应的顶点，根据所述顶点确定所述第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵；
确定所述齐次矩阵对应的逆矩阵，根据所述逆矩阵得到第三曲面二维码图像。
可选地，所述当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像的步骤包括：
当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行灰度处理，得到对应的灰度值图像；
将所述灰度值图像转换为二进制图像，并对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像。
可选地，所述对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像的步骤包括：
获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
可选地，所述获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像的步骤之后，还包括：
若检测到所述平面透视矫正操作失败，则增大所述结构元素的圆形滑动窗口的半径，得到变更后的结构元素；
根据变更后的结构元素重新对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种曲面图像的还原装置，所述曲面图像的还原装置包括：
预处理模块，用于当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；
透视矫正模块，用于对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；
曲面还原模块，用于对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种曲面图像的还原设备，所述曲面图像的还原设备包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的曲面图像的还原程序，所述曲面图像的还原程序被所述处理器执行时实现如联邦学习服务器对应的曲面图像的还原方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有曲面图像的还原程序，所述曲面图像的还原程序被处理器执行时实现如上所述的曲面图像的还原方法的步骤。
本发明通过当获取到第一曲面二维码图像后，对第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像，对第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像，对第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。实现了将所拍摄的，透视畸变导致曲面二维码图像通过平面透视矫正操作和曲面还原操作还原成平面二维码图像。
附图说明
图1是本发明曲面图像的还原方法第一实施例的流程示意图；
图2a是本发明实施例中确定第二曲面二维码图像对应的顶点过程的第一种示意图；
图2b是本发明实施例中确定第二曲面二维码图像对应的顶点过程的第二种示意图；
图2c是本发明实施例中第二曲面二维码图像中顶点的一种示意；
图3是本发明实施例中平面透视矫正操作过程的一种示意图；
图4是本发明实施例中定位图形的一种排列示意图；
图5是本发明实施例中圆柱体模型的一种的结构示意图；
图6是本发明实施例中圆柱体模型的俯视图和曲面还原操作过程各个变量之间关系的一种示意图；
图7是本发明实施例中结构元素的一种示意图；
图8是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种曲面图像的还原方法，参照图1，图1为本发明曲面图像的还原方法第一实施例的流程示意图。
本发明实施例提供了曲面图像的还原方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
曲面图像的还原方法应用于服务器或者终端中，终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。在曲面图像的还原方法的各个实施例中，为了便于描述，省略执行主体进行阐述各个实施例。
曲面图像的还原方法包括：
步骤S10，当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像。
在本实施例中，曲面二维码图像是通过摄像装置拍摄的，位于曲面物体中的二维码图像，如位于圆柱体模型曲面中的二维码图像，这里的圆柱体模型不代表二维码对应物体的包装一定为圆柱体，只是仅将曲面的部分算作圆柱体的一部分，二维码图像其上下两边跟随圆柱体模型的侧面弯曲，左右两边平行且与圆柱体模型的底面垂直。需要说明的是，平面二维码图像中每一个承载的比特信息都由一个模块组成，并且在上下两条边中有一定数量的定位图形。
在本实施例中，可通过摄像装置获取曲面二维码图像，摄像装置可为摄像机或者含有摄像功能的终端设备。在本实施例中，将原始获取的，未经过处理的曲面二维码图像记为第一曲面二维码图像。当获取到第一曲面二维码图像后，对第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像。可以理解的是，第二曲面二维码图像就是预处理后的第一曲面二维码图像。
步骤S20，对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像。
当得到第二曲面二维码图像后，对第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到平面透视矫正后的第二曲面二维码图像，即得到第三曲面二维码图像。可以理解的是，平面透视矫正后的第二曲面二维码图像就是第三曲面二维码图像。其中，平面透视变换描述的是一个在三维空间中的二维平面上的点投射到另一个二维平面的过程，也就是说，所摄取的第一曲面二维码图像为二维图像。
进一步地，步骤S20包括：
步骤a，确定所述第二曲面二维码图像对应的顶点，根据所述顶点确定所述第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵。
进一步地，需要说明的是，第一曲面二维码图像中是存在4个顶点的，其中，若每一个顶点存在固定的寻像图形，则对第二曲面二维码图像进行顶点检测，以确定第二曲面二维码图像对应的顶点。具体地，分别从水平方向、垂直方向和旋转45度角的方向分析第二曲面二维码图像，确定水平方向、垂直方向和旋转45度角的方向中出现的第一个白色像素点，将所确定的白色像素点确定为第二曲面二维码图像对应的顶点。具体地，可参照图2a、图2b和图2c，图2a是本发明实施例中确定第二曲面二维码图像对应的顶点过程的第一种示意图；图2b是本发明实施例中确定第二曲面二维码图像对应的顶点过程的第二种示意图，图2c是本发明实施例中第二曲面二维码图像中顶点的一种示意图。图2c中4个小圆圈圈住的点就是第二曲面二维码图像对应的顶点。
在本实施例中，平面透视矫正的自由度为8，即齐次矩阵的自由度为8，而由于每一个校正点的坐标是一个二维坐标，因此需要4个校正点来确定一个完整的齐次矩阵A。当确定第二曲面二维码图像对应的顶点后，将该顶点确定为校正点，因为本实施例中各个顶点的坐标在二维码图像中存在两个方向，因此4个顶点足够用来进行平面透视矫正操作。在本实施例中，4个顶点对应的坐标可分别表示为：(0，0)、(1，0)、(0，1)和(1，1)，其中，(0，0)可以表示第二曲面二维码图像左上角的顶点，(1，0)可以表示第二曲面二维码图像右上角的顶点，(0，1)可以表示第二曲面二维码图像左下角的顶点，(0，1)可以表示第二曲面二维码图像右下角的顶点。
若第一曲面二维码图像是从一个单位长度的正方形投影所得的，则可以得到
和
其中，
表示顶点的坐标，此时可采用公式(1)得到第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵A：
公式(1.1)：
公式(1.2)：
公式(1.3)：
公式(1.4)：
公式(1.5)：
公式(1.6)：
定义：
此时，可计算得到公式(2)：
公式(2)：
步骤b，确定所述齐次矩阵对应的逆矩阵，根据所述逆矩阵得到第三曲面二维码图像。
当得到第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵后，确定齐次矩阵对应的逆矩阵，然后根据齐次矩阵的逆矩阵得到第三曲面二维码图像。需要说明的是，本实施例得到齐次矩阵是透视畸变后的齐次矩阵，通过A-1得到进行平面透视矫正操作后的第三曲面二维码图像，A-1就是齐次矩阵A的逆矩阵。具体地，可参照图3，图3是本发明实施例中平面透视矫正操作过程的一种示意图，在图3中，左边图像是平面透视矫正前的图像，右边图像是平面透视矫正后的图像。
为了便于理解，对平面透视矫正操作的数据表达过程进行说明。具体地，将平面二维码图像中二维空间上的一个像素点的二维坐标以齐次坐标的形式表示:X″＝[x″,y″,z″]T，齐次坐标就是将一个原本是n维的向量用一个n+1维向量来表示，是指一个用于投影几何里的坐标系统，如同用于欧氏几何里的笛卡儿坐标一般。此时，该像素点在二维空间上的直角坐标可表示为公式(3)：
公式(3)：
对于平面透视矫正操作，对应变换后的齐次坐标可表示为x′＝AX″，具体地，可用公式(4)表示：
公式(4)：
相应地，x′在拍摄到的平面二维码图像中的直角坐标可用公式(5)表示：
公式(5)：
其中，A为3×3的非奇异矩阵，在透视变换过程中，A为齐次矩阵，其自由度为8，因为在对齐次矩阵乘以一个标量常数后，
的值不会改变。
步骤S30，对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
当得到第三曲面二维码图像后，对第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像，可以理解的是，平面二维码图像就是曲面还原操作后的第三曲面二维码图像。
进一步地，步骤S30包括：
步骤c，获取预设的圆柱体模型，计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标。
进一步地，设定平面二维码图像除了在位于4个顶点的位置存在寻像图形外，在其上下两条边的中间位置也存在额外的定位图形，该寻像图形和定位图形用于曲面还原操作。寻像图形中包含相同的位置探测图形，位置探测图形中深色模块和浅色模块按照1:1:3:1:1比例交替排列，这种比例不受图像的大小和旋转而改变，按照二维码的编码规则，这种图像在其他地方出现的概率几乎为0，所以可以通过扫描这个特定图形来实现二维码的快速定位。定位图形用于对二维码的定位。在本实施例中，可将上下两条边分成四等份，根据上下两条边中间那两等份确定定位图形。需要说明的是，在本实施例中，进行曲面还原操作的定位图形包括在上下两条边确定的定位图形和寻像图形，定位图形的检测可以通过在第三曲面二维码图像中在水平方向扫描来确定。具体地，可参照图4，图4是本发明实施例中定位图形的一种排列示意图。
当得到第三曲面二维码图像后，根据定位图形对第三曲面二维码图像进行曲面还原操作。具体地，获取预先设置好的圆柱体模型，在圆柱体模型中建立了直角坐标系。参照图5，图5是本发明实施例中圆柱体模型的一种的结构示意图。当获取到圆柱体模型后，基于圆柱体模型，计算第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标。
进一步地，步骤c包括：
步骤c1，获取预设的圆柱体模型，基于所述圆柱体模型，计算的所述第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和所述圆柱体模型的半径。
步骤c2，根据所述弧度和所述半径计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标。
步骤c3，获取拍摄所述第一曲面二维码图像的拍摄装置与所述第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取所述拍摄装置的焦距。
步骤c4，根据所述距离和所述焦距计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
进一步地，在获取到圆柱体模型后，基于圆柱体模型，计算第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和圆柱体模型的半径，根据该弧度和半径计算第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的横坐标；并获取拍摄第一曲面二维码图像的拍摄装置与第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取拍摄装置的焦距，根据距离和焦距计算第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
具体地，在本实施例中，若用r表示圆柱体模型的半径，则圆柱体模型的周长为2πr，用(x，y)表示平面二维码图像中的坐标，用(u，v)表示拍摄装置中传感器平面的二维坐标，用n(x)表示定位图形的索引值，通过该索引值可以确定定位图形在第三曲面二维码图像中的位置，用N表示定位图形的个数，用θ表示二维码表面弯曲的弧度，用Δθ表示相邻定位图形之间的弧度，即Δθ表示第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度，可以得到Δθ＝θ/N，且位于n(x)的定位图形的弧度为n(x)Δθ，用f表示拍摄装置的焦距，用d表示拍摄装置中传感器表面与曲面二维码图像之间的距离，即d表示拍摄装置中传感器表面到所需拍摄的二维码图像之间的距离，所需拍摄的二维码图像的载体是一个曲面。
在本实施例中，设定平面二维码图像为正方形，此时，在平面透视矫正操作后，所得的第三曲面二维码图像也是正方形，然而，由于第一曲面二维码图像表面存在一定的弧度，因此第三曲面二维码图像在水平方向的宽度l会根据弧度和圆柱体模型半径的不同而不同，且宽度l会小于第三曲面二维码图像在垂直方向的长度。由于第一曲面二维码图像表面的弧度和圆柱体模型的半径为未知数，因此，本实施例在平面透视矫正操作时，将第二曲面二维码图像按照正方形处理，也就是按照水平和垂直方向长度相同来处理，即在曲面还原操作过程中，水平方向的长度l缩放至长度为1，对应的缩放比例为s＝1/l。具体地，可参照图6，图6是本发明实施例中圆柱体模型的俯视图和曲面还原操作过程各个变量之间关系的一种示意图，在图6中，平面透视矫正的二维码图像就是本实施例中的第三曲面二维码图像，相机是拍摄装置。
其中：
若平面透视矫正操作后的第三曲面二维码图像的坐标
则
与第一曲面二维码图像在圆柱体模型的坐标
之间的关系可用公式(6)表示：
公式(6)：
通过公式(6)可以得到公式(7)，公式(7)可表示为：
通过图6可以得到公式(8)：
公式(8)：
由于
则
对应的公式(7)可用公式(9)表示：
通过顶点对应的定位图形来确定拍摄装置中传感器表面与曲面二维码图像之间的距离d，即通过顶点对应的定位图形获取拍摄第一曲面二维码图像的拍摄装置与第一曲面二维码图像所在物体之间的距离d，因为顶点对应的定位图形的弧度值为
从而可以得到公式(10)和公式(11)：
公式(10)：
(公式11)：
需要说明的是，在本实施例中，d只是表示一种缩放比例，并不代表实际的物理距离。当计算得到拍摄装置中传感器表面与曲面二维码图像之间的距离d后，剩余的未知量为Δθ和r，此时可通过上下两边确定的定位图形来计算Δθ和r，通过公式(9)可以得到公式(12)公式(13)：
公式(12)：
公式(13)：
继续地，在x1中确定r，计算r的过程可用公式(14)表示：
公式(14)：
将r代入公式(13)中，可以得到公式(15)：
公式(15)：
在本实施例中，为了方便表示，采用中间变量
从而可以得到公式(16)和公式(17)：
公式(16)：
公式(17)：
若x1为顶点，则
且n(x1)＝2，在本实施例中，设置位于上下两边的定位图形位于整个二维码图像水平方向的1/4处，也就是n(x2)＝1，则可以得到公式(18)，并通过公式(17)和公式(18)得到公式(19)：
公式(18)：sin(2θ)＝2sin(θ)cos(θ)；
公式(19)：
由公式(19)可知，通过公式(19)可以得到Δθ，r和s也可以通过上述涉及这两个参数的公式计算得到。需要说明的是，在本发明实施例中，也可以通过不同的定位图形的排列和解法得到Δθ和r，并不限制为本发明实施例中所描述的方法。
通过s可以得到水平方向上二维码图像在正确的缩放比例下的投影u具体地，可通过公式(20)来表示:
公式(20):
通过上述公式可以计算第三曲面二维码图像在圆柱体模型坐标系中的横坐标
对应的角度
可通过公式(21)计算得到：
公式(21):
从而得到平面二维码图像中与
对应的横坐标x可用公式(22)表示：
公式(22):
在公式(22)中
的单位为度，可以理解的是，横坐标x为第三曲面二维码图像中其中一个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的横坐标，第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的横坐标计算过程都是相同的。
具体地，在垂直方向的纵坐标y可由公式(23)表示：
公式(23)：
需要说明的是，由于垂直方向上的二维码图像并未弯曲，所以可以直接得到第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标y。
步骤d，根据所述横坐标和纵坐标对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
当得到第三曲面二维码图像中各个像素点在圆柱体模型对应坐标系中横坐标和纵坐标后，根据各个像素点对应横坐标和纵坐标对第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。可以理解的是，在确定各个像素点对应的横坐标和纵坐标后，根据横坐标和纵坐标确定各个像素点在平面的二维坐标系中的像素位置，然后将各个像素点添加到其对应的像素位置中，从而得到第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
本实施例通过当获取到第一曲面二维码图像后，对第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像，对第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像，对第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。实现了将所拍摄的，透视畸变导致曲面二维码图像通过平面透视矫正操作和曲面还原操作还原成平面二维码图像。
进一步地，提出本发明曲面图像的还原方法第二实施例。所述曲面图像的还原方法第二实施例与所述曲面图像的还原方法第一实施例的区别在于，步骤S10包括：
步骤e，当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行灰度处理，得到对应的灰度值图像。
当得到第一曲面二维码图像后，对第一曲面二维码图像进行灰度处理，以得到灰度处理后的第一曲面二维码图像。在本实施例中，为了便于描述，将灰度处理后的第一曲面二维码图像记为灰度值图像。具体地，若将灰度值图像记为Ig，则将第一曲面二维码图像转换成灰度值图像可用公式(24)表示：
公式(24)：Ig＝0.299R+0.587G+0.114B。
其中，公式(24)中的R表示第一曲面二维码图像中红色像素对应的值，G表示第一曲面二维码图像中绿色像素对应的值，B表示第一曲面二维码图像中蓝色像素对应的值。
进一步地，为了提高对第一曲面二维码图像的处理效率，可在获取到第一曲面二维码图像后，剪切第一曲面二维码图像，以减少第一曲面二维码图像中与二维码图像无关像素的干扰。可以理解的是，剪切第一曲面二维码图像的目的是为了去除第一曲面二维码图像中不属于二维码图像的内容，如可使剪切后的第一曲面二维码图像大小为675×675像素。可以理解的是，剪切后第一曲面二维码图像的大小也可为其它大小。进一步地，为了减少后续处理第一曲面二维码图像的计算量，在拍摄得到第一曲面二维码图像过程中，可使曲面二维码位于拍摄图像的中央位置，以减少后续处理第一曲面二维码图像过程中，需要处理的图像范围，从而提高对第一曲面二维码图像的处理效率。在得到剪切后的第一曲面二维码图像后，对剪切后的第一曲面二维码图像进行灰度处理，得到对应的灰度值图像。
步骤f，将所述灰度值图像转换为二进制图像，并对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像。
当得到灰度值图像后，将灰度值图像转换为二进制图像。需要说明的是，将灰度值图像转换为二进制图像是为了将图像中的二维码部分与其他无关的图像部分进行区分。可以理解的是，二进制图像就是黑白二值图像。具体地，将灰度值图像分解成固定大小的图像块，确定图像块对应的阈值，将图像块的像素与阈值进行比较，得到二进制图像。如在本实施例中，可将灰度值图像分解成8×8像素的图像块，可以理解的是，如果存在图像块的大小并非8的倍数，则灰度值图像边界的图像块的尺寸可能小于8×8像素。若用blk(i,j)来表示第(i，j)个图像块，(i，j)为各个像素在第一曲面二维码图像中的坐标。在本实施例中，不限制第一曲面二维码图像坐标系的建立方法，如可设置第一曲面二维码图像左上角的点为坐标系的原点，水平方向向右为x轴，垂直方向向下为y轴。若用p(i,j)表示图像块对应的中间变量，则可采用公式(25)计算各个图像块对应的中间变量：
公式(25)：
其中，mean(Ig(i,j))表示在第(i，j)个图像块中的8×8＝64个图像像素值的平均值，maxIg(x,y)表示图像块中的最大像素值，minIg(x,y)表示图像块中的最小像素值，公式(25)中的24也可更换成其它数值，本实施例对公式(25)中的24不做具体限制，具体由灰度值图像的大小来决定，如24表示灰度值图像的大小为24×24像素。当每个图像块为8×8像素时，则灰度值图像可分解成9个图像块，然后以p(i,j)为中心，周围的5×5图像中取p(i,j)的平均值确定为图像块对应的阈值，即图像块对应的阈值是通过各个图像块对应的中间变量确定的。若将阈值记为t(i,j)，则可采用公式(26)计算得到图像块对应的阈值：
公式(26)：
其中，公式(26)中的25是由计算阈值的图像块决定的，由公式(26)可知，k和l的值为-2至2，一共对应5个像素点，因此，公式(26)中的分母为25。本实施例不限制计算阈值对应图像块的大小，如若计算图像块的大小为4×4，则公式(26)中的25应该修改为16。需要说明的是，此时若存在图像块超出了图像的边界，则可将边界调整为离blk(i,j)最近的预设个数图像块，该预设个数可根据具体需要而设置，如可设置为5或者6等。
当得到阈值后，将图像块的像素与阈值进行比较，得到二进制图像。具体地，若将二进制图像记为Ib，则可采用公式(27)得到二进制图像：
公式(27)：
其中，Ib(x,y)位于图像块p(i,j)中，“1”表示白色像素值，“0”表示黑色像素值。
当得到二进制图像后，对二进制图像进行形态处理，得到形态处理后的二进制图像，为了便于描述，本实施例将形态处理的二进制图像记为第二曲面二维码图像。需要说明的是，通过形态处理来提取图像中不同物体，以提取第一曲面二维码图像中的二维码图像信息，去掉第一曲面二维码图像中不必要的图像部分。可以理解的是，本实施例中二维码图像为主要提取的物体。
进一步地，所述对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像的步骤包括：
步骤g，获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
进一步地，对二进制图像进行形态处理的具体过程为：获取预设的结构元素，通过结构元素对二进制图像进行闭运算，得到预处理后的第一曲面二维码图像。具体地，若将结构元素记为Ec，预处理后的第一曲面二维码图像记为Ic，则可采用公式(28)对二进制图像进行闭运算：
公式(28)：Ic＝(Ib⊕Ec)ΘEc。
其中，⊕表示图像形态处理过程中的膨胀操作，Θ表示图像形态处理过程中的腐蚀操作。具体地，可参照图7，图7是本发明实施例中结构元素的一种示意图。需要说明的是，通过对二进制图像进行形态处理，以对二进制图像中的空白部分进行填充，对二进制图像中的物体(包括二维码图像和其它可能的物体)外围和边界中断裂处进行弥合，保持了各种物体在二进制图像中总体位置和形状。可以理解的是，由于在拍摄第一曲面二维码图像过程中，无法预知拍摄环境、干扰拍摄的物体的数量和二维码本身在整个图像中所占的比例，因此需要将结构元素设置为特定半径的圆形滑动窗口，在本实施例中，不限制圆形滑动窗口的大小，如可将圆形滑动窗口的半径r设置为7，或者设置为8等。
具体地，对二进制图像进行膨胀操作的过程可用公式(29)表示：
公式(29)：
其中，∪是“或”操作，通过膨胀操作，可以使图像中物体的边界根据结构元素Ec的结构向外扩张。
具体地，对二进制图像进行膨胀操作后，进行腐蚀操作的过程可用公式(30)表示：
公式(30)：
其中，∩表示“且”操作，通过腐蚀操作，可以使图像中物体的边界根据结构元素Ec向内收缩，即只保留图像的边界状态与Ec重合的部分。需要说明的是，当对二进制图像进行闭运算后，二进制图像中的二维码图像部分的边界会变得连续，且折叠部分对应缓冲区的图像会与二维码上下两部分图像相连，具体的，第一曲面二维码图像中的上下两部分图像和交汇处已经连为一体，即第一曲面二维码图像中上下两部分的二维码图像和缓冲区图像已经连为一体。
本实施例通过在获取到曲面二维码图像时，先将曲面二维码图像转换成灰度值图像，然后将灰度值图像转换成二进制图像，然后对二进制图像进行形态处理，后续对形态处理后的曲面二维码图像进行平面透视矫正操作和曲面还原操作，减少与二维码无关的因素对平面透视矫正操作和曲面还原操作的影响，从而降低了平面透视矫正操作和曲面还原操作过程中处理的难度，提高了还原曲面图像的还原效率。
进一步地，提出本发明曲面图像的还原方法第三实施例。所述曲面图像的还原方法第三实施例与所述曲面图像的还原方法第二实施例的区别在于，所述曲面图像的还原方法包括：
步骤h，若检测到所述平面透视矫正操作失败，则增大所述结构元素的圆形滑动窗口的半径，得到变更后的结构元素。
步骤i，根据变更后的结构元素重新对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
进一步的，若透视矫正操作和/或曲面还原操作失败，则增大结构元素的圆形滑动窗口的半径，得到变更后的结构元素。具体地，圆形滑动窗口半径的增大幅度可根据具体需要而设置，如可每次将圆形滑动窗口的半径增加1个单位长度，也可将圆形滑动窗口的半径增加2个单位长度。当得到变更后的结构元素后，根据变更后的结构元素重新对二进制图像进行闭运算，以重新得到第二曲面二维码图像。
本实施例通过在透视矫正操作失败后，增大结构元素的圆形滑动窗口的半径后重新对二进制图像进行闭运算，从而提高了平面透视矫正操作的成功率，即提高了曲面图像的还原成功率。
此外，本发明还提供一种曲面图像的还原装置，所述曲面图像的还原装置包括：
预处理模块，用于当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；
透视矫正模块，用于对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；
曲面还原模块，用于对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
进一步地，所述曲面还原模块包括：
获取单元，用于获取预设的圆柱体模型；
计算单元，用于计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标；
曲面还原单元，用于根据所述横坐标和纵坐标对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像。
进一步地，所述计算单元包括：
计算子单元，用于基于所述圆柱体模型，计算的所述第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和所述圆柱体模型的半径；根据所述弧度和所述半径计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标；
获取子单元，用于获取拍摄所述第一曲面二维码图像的拍摄装置与所述第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取所述拍摄装置的焦距；
所述计算子单元还用于根据所述距离和所述焦距计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
进一步地，所述透视矫正模块还用于确定所述第二曲面二维码图像对应的顶点，根据所述顶点确定所述第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵；确定所述齐次矩阵对应的逆矩阵，根据所述逆矩阵得到第三曲面二维码图像。
进一步地，所述预处理模块包括：
灰度处理单元，用于当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行灰度处理，得到对应的灰度值图像；
转换单元，用于将所述灰度值图像转换为二进制图像；
形态处理单元，用于对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像。
进一步地，所述形态处理单元还用于获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
进一步地，所述预处理模块还包括：
增大单元，用于若检测到所述平面透视矫正操作失败，则增大所述结构元素的圆形滑动窗口的半径，得到变更后的结构元素；
所述形态处理单元还用于根据变更后的结构元素重新对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
本发明曲面图像的还原装置具体实施方式与上述曲面图像的还原方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
此外，本发明还提供一种曲面图像的还原设备，如图8所示，图8是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图。
需要说明的是，图8即可为曲面图像的还原设备的硬件运行环境的结构示意图。本发明实施例曲面图像的还原设备可以是PC，便携计算机等终端设备。
如图8所示，该曲面图像的还原设备可以包括：处理器1001，例如CPU，存储器1005，用户接口1003，网络接口1004，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的曲面图像的还原设备结构并不构成对曲面图像的还原设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图8所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及曲面图像的还原程序。其中，操作系统是管理和控制曲面图像的还原设备硬件和软件资源的程序，支持曲面图像的还原程序以及其它软件或程序的运行。
在图8所示的曲面图像的还原设备中，用户接口1003主要用于连接终端设备，与终端设备进行数据通信；网络接口1004主要用于后台服务器，与后台服务器进行数据通信；处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的曲面图像的还原程序，并执行如上所述的曲面图像的还原方法的步骤。
本发明曲面图像的还原设备具体实施方式与上述曲面图像的还原方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有曲面图像的还原程序，所述曲面图像的还原程序被处理器执行时实现如上所述的曲面图像的还原方法的步骤。
本发明计算机可读存储介质具体实施方式与上述曲面图像的还原方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，曲面图像的还原设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种曲面图像的还原方法，其特征在于，所述曲面图像的还原方法包括以下步骤：
当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；
对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；
对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作；
其中，所述对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作的步骤包括：
获取预设的圆柱体模型，计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述横坐标和纵坐标对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像；
其中，所述获取预设的圆柱体模型，计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标的步骤包括：
获取预设的圆柱体模型，基于所述圆柱体模型，计算的所述第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和所述圆柱体模型的半径；
根据所述弧度和所述半径计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标；
获取拍摄所述第一曲面二维码图像的拍摄装置与所述第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取所述拍摄装置的焦距；
根据所述距离和所述焦距计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
2.如权利要求1所述的曲面图像的还原方法，其特征在于，所述对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像的步骤包括：
确定所述第二曲面二维码图像对应的顶点，根据所述顶点确定所述第二曲面二维码图像对应的齐次矩阵；
确定所述齐次矩阵对应的逆矩阵，根据所述逆矩阵得到第三曲面二维码图像。
3.如权利要求1至2任一项所述的曲面图像的还原方法，其特征在于，所述当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像的步骤包括：
当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行灰度处理，得到对应的灰度值图像；
将所述灰度值图像转换为二进制图像，并对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像。
4.如权利要求3所述的曲面图像的还原方法，其特征在于，所述对所述二进制图像进行形态处理，得到第二曲面二维码图像的步骤包括：
获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
5.如权利要求4所述的曲面图像的还原方法，其特征在于，所述获取预设的结构元素，通过所述结构元素对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像的步骤之后，还包括：
若检测到所述平面透视矫正操作失败，则增大所述结构元素的圆形滑动窗口的半径，得到变更后的结构元素；
根据变更后的结构元素重新对所述二进制图像进行闭运算，以得到第二曲面二维码图像。
6.一种曲面图像的还原装置，其特征在于，所述曲面图像的还原装置包括：
预处理模块，用于当获取到第一曲面二维码图像后，对所述第一曲面二维码图像进行预处理操作，得到第二曲面二维码图像；
透视矫正模块，用于对所述第二曲面二维码图像进行平面透视矫正操作，得到第三曲面二维码图像；
曲面还原模块，用于对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作；
其中，所述曲面还原模块包括：
获取单元，用于获取预设的圆柱体模型；
计算单元，用于计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标和纵坐标；
曲面还原单元，用于根据所述横坐标和纵坐标对所述第三曲面二维码图像进行曲面还原操作，以得到所述第一曲面二维码图像对应的平面二维码图像；
计算子单元，用于获取预设的圆柱体模型，基于所述圆柱体模型，计算的所述第三曲面二维码图像中相邻定位图形之间的弧度和所述圆柱体模型的半径；根据所述弧度和所述半径计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的横坐标；获取拍摄所述第一曲面二维码图像的拍摄装置与所述第一曲面二维码图像所在物体之间的距离，以及获取所述拍摄装置的焦距；根据所述距离和所述焦距计算所述第三曲面二维码图像中各个像素点在所述圆柱体模型对应坐标系中的纵坐标。
7.一种曲面图像的还原设备，其特征在于，所述曲面图像的还原设备包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的曲面图像的还原程序，所述曲面图像的还原程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的曲面图像的还原方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有曲面图像的还原程序，所述曲面图像的还原程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的曲面图像的还原方法的步骤。
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