[发明专利]一种基于镜面反射的移动增强现实型卡片识别方法

摘要

本发明属于移动增强现实技术领域，提供一种基于镜面反射的移动增强现实型卡片识别方法，包括：(1)镜面反射设计，包括底座、反光镜外壳、反光镜设计。(2)注册图片的设计。(3)面向移动终端适配的卡片设计。(4)采集图像的正射校正。本发明通过专门设计的反射镜装置，结合图像校正技术，将移动终端底部前方的卡片正确映射到屏幕上，反射镜装置有效解决了传统AR识别中需要手持设备去扫描卡片、约束儿童双手的问题。同时，采集图像的正射校正有效克服了传统识别中因前置摄像头采集到的图像变形导致识别效率低的问题。

主权项

1.一种基于镜面反射的移动增强现实型卡片识别方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)镜面反射设计，将移动终端放置于底座上，在移动终端前置摄像头上方放置一块反光镜，利用反光镜反射原理使前置摄像头能够采集到移动终端底座前方识别区域的图像，通过合理的设置反光镜的形状、大小、放置角度进而调整底座前方识别区域的大小；所述镜面反射设计具体包括如下步骤：(1‑1)反光镜外壳的制作，反光镜外壳用于使反光镜固定在移动终端前置摄像头上方；所述外壳包括底部未封闭的长方体结构的壳体，根据反光镜的设计，将壳体大小设定为5cm*5cm*6cm，壳体的一端开有与移动终端厚度相同的卡槽，用于将反光镜外壳固定在前置摄像头前，壳体内部设有一定角度的倾斜面作为反光镜的附合面，用于嵌入反光镜，使反光镜固定在移动终端前置摄像头上方，反光镜的顶端与移动终端的顶端一致，反光镜附合面与移动终端之间的角度为30°～50°；(1‑2)移动终端底座的制作，移动终端底座用于将移动终端以一定的角度立在平面上，方便底座前方识别区域的内容在前置摄像头内的投射；所述底座由用于放置移动终端的支撑面板和调节面板组成，所述支撑面板和调节面板在上端部铰连，通过调节支撑面板和调节面板之间的角度，进而调节移动终端与水平面的角度；(1‑3)反光镜的制作，反光镜的作用是使前置摄像头能够采集到底座前方识别区域图像，所述反光镜为矩形；反光镜的长l₁和宽w、前置摄像头距离移动终端顶端的距离d₁以及前置摄像头的视锥体角度α之间的关系如下：(2)注册图片设计，基于“帧标记”的设计原则，选择带有黑白锯齿的图片边缘作为特征识别标志，在图片黑白锯齿以外的其他区域叠加相应的学习内容设计信息，方便AR识别使用；(3)面向移动终端适配的卡片设计，寻找最合适的识别区域，并根据识别区域的大小设计最佳的卡片大小；所述面向移动终端适配的卡片设计具体包括如下步骤：(3‑1)确定移动终端的倾斜角度，该倾斜角度即移动终端与桌面的夹角，已知移动终端自身的长为l₂，终端顶点垂直于桌面的高度为h，利用三角函数公式计算出其倾斜角度θ，计算公式为：sinθ＝h/l₂(3‑2)寻找最大化的投射区域，移动终端与反光镜、桌面的夹角对前置摄像头的投射区域都有影响，若反光镜和移动终端的夹角越小，则反光镜里能显示前置摄像头采集区域的内容越少，并且前置摄像头的视锥体被反光镜裁剪的越小；反之，夹角越大，则反光镜里能显示前置摄像头采集区域的内容越多，同时前置摄像头的视锥体被保留的越多，同时，夹角不能超过前置摄像头视锥体的上限，否则拍摄不到反光镜里的内容；具体求解最大化的投射区域如下：(3‑2‑1)确定移动终端前置摄像头视锥体上下限，移动终端以一定角度斜置于桌面上：EQW为桌面，EOO'为移动终端，其中O点为前置摄像头所在位置，O'点为终端顶部，顶部O'点到桌面E点的距离是固定的，设EO'＝d₂；顶部O'点到前置摄像头O点的距离是固定的，设OO'＝d₃，当放置好移动终端后，∠O'EW也确定了，设为∠C；OD垂直于EOO'，OD是前置摄像头的z正轴；OO'是前置摄像头的y正轴；OA和OC构成前置摄像头视锥体的上下限；(3‑2‑2)获取镜面与前置摄像头视锥体的交点，O'HMW为反光镜所在平面，根据需要将桌面上的E点反射到前置摄像头视锥体的上限OA上，这样EOO'在移动终端上的画面则在前置摄像头中完全看不见，根据这个需求，得到AO'＝EO'＝l₂，由此可以确定出OA线上A点的位置，然后连接EA，再使镜面O'HMW垂直于EA，则可得到镜面与前置摄像头视锥体上下限的交点H点和M点，以及镜面与桌面的交点W，而镜面真正起反射作用的就是HM一段；(3‑2‑3)寻找投射区域的宽度，找到桌面上的点Q，使得Q点经镜面反射后正好落在前置摄像头视锥体的下限P点上，为达到这个目的，连接AW和OC相交于P点，过P点作PQ垂直于镜面即可得到Q点，这样，桌面上的EQ正好经反光镜反射成AP，完全落在前置摄像头的视锥体内被拍摄到，并显示在屏幕中，EQ即为投射区域的宽；(3‑2‑4)寻找投射区域的长度，前置摄像头广角边缘的入射光经反光镜折射后的反射光线，将最边缘的两条反射光线作垂直于桌面C、E两点的虚线，连接CD和EF可获得两条线，这样，桌面上的DF为投射区域的长；(3‑3)通过投射区域计算出承载卡片的最大数量和最适合的卡片大小；(3‑4)卡片材质设计，为了提高识别速度和稳定性，确保动画场景的实时呈现，采用磨砂材质的卡片；(4)采集图像的正射校正，运用图像正射校正技术对移动终端摄像机采集到的图像进行校正，通过透视平面原理对发生形变的图像进行校正，将由于拍摄角度与平面有一定夹角形成的透视投影转化为平行投影，得到原识别图像。