[发明专利]基于机器视觉的矩阵识别方法

说明书

技术领域

本发明属于基于模式识别和图像处理技术的智能计算器领域，特别是一种基于机器视觉的矩阵计算器及实现方法。

背景技术

计算器是工程技术人员、科研人员和理工科学生们进行工程实践、从事科学研究工作等所必需的利器。矩阵分析与计算在科学计算中有着重要的地位。

然而，通过分析现有市场不难发现，具有矩阵计算能力的计算器和计算型软件并不多见，更重要的是，它们缺乏灵活性与易用性。它们一般需要先将计算器/计算软件设置为矩阵计算模式，然后从仅有的几种预定义尺寸的矩阵中选择一个，之后便需要将矩阵元素一个个小心翼翼地输入进去，这种方式效率低下，尤其是当矩阵的阶数为三阶及其以上时，用户在矩阵输入上浪费了大量的宝贵时间。

中国实用新型专利CN 202916831 U公开了一种多功能矩阵计算器，通过输入矩阵实现矩阵运算，该矩阵运算器需要手动输入矩阵元素，不仅效率低下，还容易出现输入错误，影响使用效果。

发明内容

针对当前具有矩阵计算能力的计算器和计算型软件并不多见，且仅有的这些计算器和计算软件灵活性与易用性较差这一现象，为了变繁为简，提高矩阵计算器的易用性，大幅度改善用户体验，本发明给出的基于机器视觉的矩阵计算器同传统计算器相比，特色鲜明地解决了这些问题。矩阵图像识别技术让矩阵的输入便捷高效，而传统键盘输入可以在矩阵识别有误时进行局部修改。本发明旨在实现一种“即拍即算”的全新设计，让计算器使用起来更加方便。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于机器视觉的矩阵计算器，包括摄像头、图像处理模块、用户界面、显示器、键盘和运算模块；

所述摄像头与图像处理模块相连，将采集的矩阵图像传输给图像处理模块，图像处理模块识别矩阵的行数、列数和矩阵元素；所述图像处理模块与运算模块相连，运算模块加载并执行矩阵运算算法，对接受到的矩阵元素进行运算，所述运算模块与用户界面相连，用户界面将矩阵的行数、列数和矩阵元素绘制出来，所述用户界面与显示器相连，显示器显示用户界面上绘制的内容；所述键盘与用户界面相连，用于输入数据和选择功能。

一种基于机器视觉的矩阵计算器的矩阵识别方法，包括以下步骤：

步骤1、输入矩阵图像，将矩阵图像转换为灰度图像A；

步骤2、使用自适应二值化方法对灰度图像A进行二值化处理，得到二值图像B；

步骤3、对二值图像B进行连通域提取和面积滤波；

步骤4、使用投影法对矩阵元素进行聚类；所述矩阵元素为矩阵中的数据项；

步骤5、使用卷积神经网络识别矩阵元素；

步骤6、输出矩阵的行数、列数和所有矩阵元素值。

与现有技术相比，本发明的优点为：(1)本发明通过数字图像分析和模式识别技术，可以直接从数字图像中获得手写体矩阵元素或者印刷体矩阵元素，这同传统计算器的数据输入方式相比，大大提高了矩阵数据的输入效率；(2)本发明从理念上改变了计算器的数据输入方式，旨在实现一种“即拍即算”的全新设计，让计算器使用起来更加简单与高效；(3)本发明不仅可以通过摄像头采集矩阵图像信息，还可以通过键盘手动输入，提高了数据输入的准确性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例的矩阵识别算法流程和中间结果图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种基于机器视觉的矩阵计算器，包括摄像头、图像处理模块、用户界面、显示器、键盘和运算模块；

所述摄像头与图像处理模块相连，将采集的矩阵图像传输给图像处理模块，图像处理模块识别矩阵的行数、列数和各个矩阵元素；所述图像处理模块与运算模块相连，运算模块加载并执行矩阵运算算法，对接受到的矩阵元素进行运算，所述运算模块与用户界面相连，用户界面将矩阵的行数、列数和各个矩阵元素绘制出来，所述用户界面与显示器相连，显示器显示用户界面上绘制的内容；所述键盘与用户界面相连，用于输入数据和选择功能。

所述图像处理模块包括矩阵图像预处理模块、数字字符提取模块，矩阵元素聚类模块和数字字符识别模块。

所述功能函数模块中的算法包括对矩阵的加法、减法、乘法、乘方、行列式、秩、逆矩阵、特征值和特征向量。

所述摄像头为微型的、可自动快速聚焦的摄像头，分辨率不低于640x480像素；所述显示器为LCD液晶显示器或者触摸屏；所述键盘为实体键盘或应用于触摸屏的电子虚拟键盘。