CN112712474A - 一种视频流动态图像的透视矫正方法和系统 - Google Patents

一种视频流动态图像的透视矫正方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种视频流动态图像的透视矫正方法和系统，所述方法包括：获取在线直播教学中教师实时演示画面视频流中的多个帧数据，将所述多个帧数据转换为初始图像序列；对初始图像序列中的每个初始图像进行边缘识别、空间坐标变换，并生成识别框，完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；将与每个初始图像对应目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。本发明对视频流的帧图像进行透视矫正，并将矫正后的帧图像及时写回视频流中，从而使得实时传输的视频图像不会出现变形失真的现象，实现了在线直播教学时的视频流动态图像的透视矫正，增强了在线教学的互动体验。

Description

一种视频流动态图像的透视矫正方法和系统
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及对视频流动态图像的透视矫正方法。
背景技术
随着互联网直播技术的发展、成熟和普及，线上教育也随之蓬勃发展起来，呈现出更加火热的发展态势，其中，美术教育备受瞩目，发展进入了快车道。在线一对一美术教学是一种新型的互联网教学形式，采用在线视频的方式让孩子与老师之间进行远程地一对一互动学习，让学生可以随时随地在线接受来自专业美术老师的教学指导。在线上教学的过程中，老师和学生之间要进行大量的互动，无论是老师还是学生终端，在使用摄像头拍摄画面时，或者由于传感器性能误差，例如摄像机的焦距变动、像主点偏移，镜头光学畸变，或者由于摄像头视角而产生的成像时的透视误差，都会最终导致图像产生一定程度的畸变，从而严重影响了在线教学的互动体验和教学效果。
现有的图像透视矫正技术，是根据平面图像的矩形边界的全部或局部、根据平面图像中的框线、文字行、列等能标示透视变形特征的信息，检测确定透视变形参数，并加以矫正；并且，现有的图像矫正技术都是针对静态图像进行的图像校正，没有针对在线教学场景下实时传输的视频流动态图像的透视校正方法。例如对静态文档图像的透视变换校正，通常基于消失点的检测来执行，这种方法计算复杂度高，速度慢；另一种是间接使用线段及其交叉点的分析和投票，被称为间接方法。这种方法速度快，但处理性能不稳定。这些方法都无法满足在线教学场景的实时视频流矫正需求。
发明内容
为克服上述图像校正中存在的问题，本发明提出了一种视频流动态图像的透视矫正方法及系统，对视频流的帧图像进行透视矫正，并将矫正后的帧图像及时写回视频流中，从而使得实时传输的视频图像不会出现变形失真的现象，实现了在线直播教学时的视频流动态图像的透视矫正，增强了在线教学的互动体验。
具体地，本发明提出了一种视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，包括教师终端、用户终端和通信接口，
所述教师终端包括教师界面、摄像装置；
所述摄像装置用于获取在线直播教学时教师界面中实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，通过通信接口发送给用户终端；
所述用户终端包括摄像头、用户界面、图像转换装置、图像矫正装置、图像写入装置；
所述摄像头，用于获取用户与教师实时交互的用户界面的画面；
所述图像转换装置，接收教师终端发送的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列，发送给图像矫正装置；
所述图像矫正装置，对所述初始图像序列中的每个初始图像进行边缘识别、空间坐标变换，并生成识别框；根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
所述图像写入装置，将对应于初始图像序列中每个初始图像的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
本发明还提出了一种视频流动态图像的透视矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：启用摄像头采集在线直播教学时教师实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列；
步骤S2：用户终端接收到所述初始图像序列后，分别对其中的每个初始图像对其进行边缘识别，获取第一图像中的矩形形状物体，通过比较算法获取当前全部矩形中的最大矩形；当多次识别最大矩形后，获取所述初始图像的空间坐标，利用变换矩阵将所述空间坐标转换成在用户终端操作界面上的显示视图中的实际坐标，根据计算得到的实际坐标生成识别框；
步骤S3：根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，以及确定透视矫正的矫正基点和矫正拖动点，计算每个像素在垂直方向和水平方向的矫正系数，；按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
步骤S4：对初始图像序列中的每个初始图像分别执行步骤S2-S3，将得到的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
此外，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令；由处理器加载并执行本发明的视频流动态图像的透视矫正方法。
附图说明
图1为根据本发明的视频流动态图像的透视矫正系统的架构图。
图2为本发明的视频流动态图像的透视矫正方法的流程图。
图3示出了在线教学时学生调整画纸位置的情形。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明一个实施方式实现的视频流动态图像的透视矫正系统的架构图。所述视频流动态图像的透视矫正系统包括教师终端100、用户终端101和通信接口102，
所述教师终端100包括教师界面1001、摄像装置1002；
所述摄像装置1012用于获取在线直播教学时教师界面中实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，通过通信接口102发送给用户终端；
所述用户终端包括用户界面1011、摄像头1012、图像转换装置1013、图像矫正装置1014、图像写入装置1015；
所述摄像头1012，用于获取用户与教师实时交互的用户界面的画面；
所述图像转换装置1013，接收教师终端100发送的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列，发送给图像矫正装置；
所述图像矫正装置1014，对所述初始图像序列中的每个初始图像进行边缘识别、空间坐标变换，并生成识别框；根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
所述图像写入装置1015，将对应于初始图像序列中每个初始图像的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
其中，所述边缘识别包括：获取第一图像中的矩形形状物体，通过比较算法获取当前全部矩形中的最大矩形。
所述空间坐标变换包括：当多次识别最大矩形后，获取所述初始图像的空间坐标，利用变换矩阵将所述空间坐标转换成在用户终端操作界面上的显示视图中的实际坐标，根据计算得到的实际坐标生成识别框。
所述变换矩阵所作的变换包括平移、旋转、放缩、反射等。
上述边缘识别、上述坐标变换可以利用本领域公知的技术实现，在此不做赘述。
在定目标矫正图像的宽度和高度之后，还要确定透视矫正的矫正基点和矫正拖动点，计算每个像素在垂直方向和水平方向的矫正系数，再按插值方法完成映射计算，得到目标矫正图像。
在所述图像写入装置中，按用户终端当前屏幕宽高比对目标矫正图像进行等比缩放后，再写入视频流的图像帧中。
上述图像矫正可通过本领域公知的技术实现，在此不做赘述。
图2显示了本发明的视频流动态图像的透视矫正方法的流程图。
本发明的视频流动态图像的透视矫正方法包括以下步骤：
首先，在正式开始进行在线教学前，要对画纸进行调整。用户将透视识别卡放在画纸上对齐，所述透视识别卡片上印有多个回形矩形框；进入用户终端应用程序，手动调整画纸的四个角与透视识别卡的矩形框对齐，对画纸的位置进行调整。
接下来开始正式的在线教学，教师和学生双方开启摄像头，准备好上课所需的硬件设施。
步骤S1：启用摄像头采集在线直播教学时教师实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列；
步骤S2：用户终端接收到所述初始图像序列后，分别对其中的每个初始图像对其进行边缘识别，获取第一图像中的矩形形状物体，通过比较算法获取当前全部矩形中的最大矩形；当多次识别最大矩形后，获取所述初始图像的空间坐标，利用变换矩阵将所述空间坐标转换成在用户终端操作界面上的显示视图中的实际坐标，根据计算得到的实际坐标生成识别框；
所述变换矩阵所作的变换包括平移、旋转、放缩、反射等；在生成识别框后，还允许教师手动调整识别框范围。
步骤S3：根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，以及确定透视矫正的矫正基点和矫正拖动点，计算每个像素在垂直方向和水平方向的矫正系数，；按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
步骤S4：对初始图像序列中的每个初始图像分别执行步骤S2-S3，将得到的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
在所述步骤S4中，按用户终端当前屏幕宽高比对目标矫正图像进行等比缩放后，再写入视频流的图像帧中。
图3示出了在线教学时学生调整画纸位置的情形。
此外，本发明还提出了一种计算机可读介质，包括多条指令，所述多条指令由处理器加载并执行所述的视频流动态图像透视矫正方法。
本发明对视频流的帧图像进行透视矫正，并将矫正后的帧图像及时写回视频流中，从而使得实时传输的视频图像不会出现变形失真的现象，实现了在线直播教学时的视频流动态图像的透视矫正，增强了在线教学的互动体验。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，包括教师终端、用户终端和通信接口，
所述教师终端包括教师界面、摄像装置；
所述摄像装置用于获取在线直播教学时教师界面中实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，通过通信接口发送给用户终端；
所述用户终端包括用户界面、摄像头、图像转换装置、图像矫正装置、图像写入装置；
所述摄像头，用于获取用户与教师实时交互的用户界面的画面；
所述图像转换装置，接收教师终端发送的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列，发送给图像矫正装置；
所述图像矫正装置，对所述初始图像序列中的每个初始图像进行边缘识别、空间坐标变换，并生成识别框；根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
所述图像写入装置，将对应于初始图像序列中每个初始图像的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
2.根据权利要求1所述的视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，
所述边缘识别包括：获取第一图像中的矩形形状物体，通过比较算法获取当前全部矩形中的最大矩形。
3.如权利要求1所述的视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，
所述空间坐标变换包括：当多次识别最大矩形后，获取所述初始图像的空间坐标，利用变换矩阵将所述空间坐标转换成在用户终端操作界面上的显示视图中的实际坐标，根据计算得到的实际坐标生成识别框。
4.如权利要求3所述的视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，
所述确定目标矫正图像的宽度和高度之后，还确定透视矫正的矫正基点和矫正拖动点，计算每个像素在垂直方向和水平方向的矫正系数，再按插值方法完成映射计算，得到目标矫正图像。
5.如权利要求3所述的视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，所述变换矩阵所作的变换包括平移、旋转、放缩、反射等。
6.如权利要求1所述的视频流动态图像的透视矫正系统，其特征在于，在所述图像写入装置中，按用户终端当前屏幕宽高比对目标矫正图像进行等比缩放后，再写入视频流的图像帧中。
7.一种视频流动态图像的透视矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：启用摄像头采集在线直播教学时教师实时演示的画面，获取画面的视频流中的多个帧数据，以低性能损耗的方式将所述多个帧数据转换为初始图像序列；
步骤S2：用户终端接收到所述初始图像序列后，分别对其中的每个初始图像对其进行边缘识别，获取其中的矩形形状物体，通过比较算法获取当前全部矩形中的最大矩形；当多次识别最大矩形后，获取所述初始图像的空间坐标，利用变换矩阵将所述空间坐标转换成在用户终端操作界面上的显示视图中的实际坐标，根据计算得到的实际坐标生成识别框；
步骤S3：根据识别框确定目标矫正图像的宽度和高度，以及确定透视矫正的矫正基点和矫正拖动点，计算每个像素在垂直方向和水平方向的矫正系数；按插值方法完成从初始图像到目标矫正图像的映射计算，得到目标矫正图像；
步骤S4：对初始图像序列中的每个初始图像分别执行步骤S2-S3，将得到的目标矫正图像依序写入到视频流的图像帧中，以对视频流实现动态透视矫正。
8.如权利要求7所述的视频流动态图像的透视矫正方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述变换矩阵所作的变换包括平移、旋转、放缩、反射等；在生成识别框后，允许教师手动调整识别框范围。
9.如权利要求7所述的视频流动态图像的透视矫正方法，其特征在于，在进行所述步骤S1之前，还包括画纸调整步骤：用户将透视识别卡放在画纸上对齐，所述透视识别卡片上印有多个回形矩形框；进入用户终端应用程序，手动调整画纸的四个角与透视识别卡的矩形框对齐，对画纸的位置进行调整。
10.如权利要求7所述的视频流动态图像的透视矫正方法，其特征在于，在所述步骤S4中，按用户终端当前屏幕宽高比对目标矫正图像进行等比缩放后，再写入视频流的图像帧中。
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