[发明专利]一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法

权利要求书

1.一种基于计算机视觉的非接触式数据传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、图像序列的编码及显示，过程如下：

步骤101、生成标准校验图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机(1)生成一帧M行N列的黑白格子相间的图像序列，每个黑格子和每个白格子的像素均为m×m；然后，将所述黑白格子相间的图像序列以n行n列的形式等分为n²个图像区域，在每个所述图像区域中选出四个黑格子或四个白格子，每个所述图像区域均通过四个彩色格子替换被选出的四个黑格子或四个白格子，所述彩色格子为标准标记点，带有4n²个所述标准标记点的图像序列为标准校验图像序列，其中，M、N为不小于3的正整数，n为不小于1的正整数，且M和N均为n的整数倍；

步骤102、建立标准数据图像序列并存储在第一计算机中：首先，通过第一计算机(1)建立与步骤101中所述标准校验图像序列格式大小一致的一帧或多帧空白图像序列；然后，将待传输的字符串转化成0或1的二进制字符，0通过黑格子显示，1通过白格子显示；最后，以从左到右、从上到下的顺序依次将待传输的字符串以黑格子或白格子的形式填到一帧或多帧所述空白图像序列对应的位置中，得到一帧或多帧经过编码且含有传输数据的标准数据图像序列；

步骤103、图像序列的显示：第一计算机(1)调取待传输的数据，通过第一计算机(1)的显示器先显示待传输的数据的标准校验图像序列，再依次显示待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列；

步骤二、图像序列的解码，过程如下：

步骤201、获取实际校验图像序列：通过与第二计算机(2)连接的摄像头(3)拍摄第一计算机(1)的显示器显示的待传输的数据的标准校验图像序列，并通过第二计算机(2)对摄像头(3)拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准校验图像序列对应的实际校验图像序列，摄像头(3)拍摄的图像为三通道图像；

步骤202、提取实际校验图像序列的实际标志点并计算整体变换单应矩阵，过程如下：

步骤2021、第二计算机(2)通过公式|2G-R-B|>Th遍历整个所述实际校验图像序列中的每个像素点，判断所述实际校验图像序列中的每个像素点的灰度值是否大于灰度阈值Th，所述实际校验图像序列中灰度值大于灰度阈值Th的像素点为有效像素点，提取所述实际校验图像序列中所有的有效像素点，彼此相邻的有效像素点组成1个实际标志点，其中，G为所述实际校验图像序列中像素点的绿通道灰度值，R为所述实际校验图像序列中像素点的红通道灰度值，B为所述实际校验图像序列中像素点的蓝通道灰度值；

步骤2022、对每个实际标志点分别进行拟合外接圆，获取圆心坐标，得到每个实际标志点的坐标，并以n行n列的形式将所述实际校验图像序列分割为n²个图像单元，每个所述图像单元包含四个实际标志点，n²个所述图像单元与n²个所述图像区域一一对应；

步骤2023、根据公式q_ij＝α_ijH_ijp_ij，计算所述图像区域到与该所述图像区域对应的所述图像单元的整体变换单应矩阵H_ij，其中，i为行序号且i＝1,2，…，n，j为列序号且j＝1,2，…，n，p_ij表示n²个所述图像区域中第i行第j列的图像区域中标准标记点的坐标，q_ij表示n²个所述图像单元中第i行第j列的图像单元中实际标记点的坐标，α_ij表示整体变换单应矩阵H_ij的非零常数因子；

所述实际校验图像序列和所述标准校验图像序列均采用图像坐标系；

步骤203、提取实际校验图像序列中每个格子的顶点坐标，过程如下：

步骤2031、第二计算机(2)设置影像模板，所述影像模板为2×2结构的黑白相间的影像模板，所述影像模板的边长l满足：1.5l₁<l<2l₁，l₁为所述实际校验图像序列中格子的边长；

步骤2032、采用归一化相关系数匹配法，利用所述影像模板从所述实际校验图像序列的图像坐标系原点开始遍历整个所述实际校验图像序列，计算每个像素的相关系数，查找所有局部相关系数最大的像素位置，并记录所有所述局部相关系数最大的像素的坐标；

步骤2033、建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的对应关系：对第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点，采用整体变换单应矩阵H_ij进行矩阵变换，得到第i行第j列的图像区域中的每一个格子的四个顶点对应在第i行第j列的图像单元中的坐标，且所述标准校验图像序列中的n²个所述图像区域中每个格子在所述实际校验图像序列中的位置的对应关系方法均相同；

对所述标准校验图像序列中的n²个所述图像区域中任一所述图像区域中格子顶点匹配时，过程如下：

步骤a、选取第i行第j列的图像区域中的任一格子的顶点坐标ζ，根据公式η＝H_ijζ，计算顶点坐标ζ变换到第i行第j列的图像单元中的坐标η，在所有的所述局部相关系数最大的像素的坐标中查找与所述坐标η距离最近的坐标，与所述坐标η距离最近的所述局部相关系数最大的像素的坐标为选取的第i行第j列的图像区域中格子的顶点对应在第i行第j列的图像单元中的顶点位置，完成第i行第j列的图像区域中的一个格子的顶点的匹配；

步骤b、多次重复步骤a，遍历第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点坐标，完成第i行第j列的图像区域中的所有格子的顶点的匹配过程；

步骤2034、n²次重复步骤2033，直至完成n²个所述图像区域的每个格子顶点匹配过程，建立标准校验图像序列与实际校验图像序列中每个格子的一一对应关系；

步骤204、解算实际校验图像序列每个格子仿射变换参数并确定实际校验图像序列中每个格子所承载的二进制信息，过程如下：

步骤2041、选取标准校验图像序列与实际校验图像序列中的任一对应格子的四对顶点坐标，根据公式解算该任一对应格子的仿射变换参数其中，(x,y)为标准校验图像序列中格子的任一顶点坐标，(x',y')为实际校验图像序列中与(x,y)顶点坐标对应的顶点坐标；

步骤2042、多次重复步骤2041，解算标准校验图像序列中每个格子仿射变换参数；

步骤2043、根据公式O'_MN＝F_MNO_MN，计算实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标O'_MN，其中，O_MN标准校验图像序列中第M行第N列格子的中心坐标；

实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心变换坐标为实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标；

步骤2044、获取实际校验图像序列中每个格子所包含的二进制信息：首先，第二计算机(2)通过实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的坐标获取实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点的灰度值；然后，第二计算机(2)在实际校验图像序列中第M行第N列格子的中心像素点位置处开一个像素大小为3×3的窗口，获取该窗口内所有像素点的灰度平均值最后，设置窗口灰度阈值ε，确定实际校验图像序列中第M行第N列格子所承载的二进制信息，当灰度平均值小于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为0，当灰度平均值大于窗口灰度阈值ε时，实际校验图像序列中第M行第N列格子的二进制信息为1；

步骤205、获取实际数据图像序列：通过摄像头(3)拍摄第一计算机(1)的显示器显示的待传输的数据的一帧或多帧所述标准数据图像序列，并通过第二计算机(2)对摄像头(3)拍摄的图像进行灰度处理，获得所述标准数据图像序列对应的所述实际数据图像序列；

步骤206、实际数据图像序列的解码：根据步骤204中解算的每个格子仿射变换参数，以从左到右、从上到下的顺序依次对每帧实际数据图像序列中每个格子的进行解码，第二计算机(2)将得到的二进制信息转化为字符串，获得要传输的数据，完成数据的传输。