阅读说明：本技术 一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置 (Ball tracking toy and ball tracking method and device thereof ) 是由 刘志超 庞建新 熊友军 于 2019-04-30 设计创作，主要内容包括：一种球类追踪玩具的球类追踪方法,所述球类追踪玩具上设置有用于发射预定波长的红外光源,所追踪的小球表面覆有反光材料层,所述球类追踪方法包括：通过红外摄像头采集图像,确定所采集的图像的亮度；根据预先设定的亮度阈值,确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；如果所述第一区域大于预设的面积阈值,则通过轮廓检测确定小球的尺寸；如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值,则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。由于根据反光小球所形成的高亮区域自动选择与场景对应的小球尺寸计算方法,使得小球尺寸计算更加准确,有利于提高小球的识别距离和识别精度。(A ball tracking method of a ball tracking toy, wherein an infrared light source for emitting a predetermined wavelength is arranged on the ball tracking toy, and a reflective material layer is covered on the surface of a tracked small ball, the ball tracking method comprises the following steps: acquiring an image through an infrared camera, and determining the brightness of the acquired image; determining a first area with the brightness of the image being larger than a preset brightness threshold value; if the first area is larger than a preset area threshold value, determining the size of the small ball through contour detection; if the first area is smaller than or equal to a preset area threshold value, calculating the size of the small ball according to the shape of the first area; the relative orientation of the pellets is calculated based on the determined size of the pellets. The method for calculating the size of the small ball corresponding to the scene is automatically selected according to the highlight area formed by the reflective small ball, so that the size of the small ball is calculated more accurately, and the method is favorable for improving the identification distance and the identification precision of the small ball.)

一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置

技术领域

本申请属于人工智能领域，尤其涉及一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置。

背景技术

球类追踪玩具是一种根据球的位置，由玩具小车自动跟踪的智能电子产品。球类追踪玩具一般是通过在玩具小车上安装跟踪仪器，包括摄像头或者其它传感器，对小球进行定位。目前对小球进行跟踪时，一般采用如下两种方式：

第一种是在玩具小车上装一个摄像头，通过纯视觉的方法去识别和跟踪小球，然后通过小球的半径估计出其与玩具小车之间的距离和方位。这种方式在玩具小车上，计算单元的计算能力受到很大的限制，很难运行有效的、复杂的视觉算法，如深度神经网络等方法，追踪小球的效果很容易受到背景、光线、距摄像头远近的影响，导致可靠度不高。

第二种是在被追踪的小球中加一块磁铁，然后在玩具小车里面放指南针。这样，在一定的距离之内，玩具小车就可以始终沿着指南针的方向去寻找小球的方向，然后再将小球通过视觉的方法识别出来，控制其与小球之间的距离。但是，当小球滚的稍远一些，指南针能感受到的磁吸力就非常小，追踪的距离会受到限制。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置，以解决现有技术中由于计算能力受限，使得追踪小球的效果很容易受到背景、光线、距摄像头远近的影响，导致可靠度不高，以及追踪的距离受限的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种球类追踪玩具的球类追踪方法，所述球类追踪玩具上设置有用于发射预定波长的红外光源，所追踪的小球表面覆有反光材料层，所述球类追踪方法包括：

通过红外摄像头采集图像，确定所采集的图像的亮度；

根据预先设定的亮度阈值，确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；

如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸；

如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；

根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸的步骤包括：

计算所述第一区域的外形与小球的外形的相似度；

选择与所述小球的外形的相似度最高的第一区域，作为小球所在区域；

根据所述第一区域的弧面计算所述小球的尺寸。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，在所述根据所述第一区域的弧面计算所述小球的尺寸的步骤之前，所述方法还包括：

采用卡尔曼滤波器对所述第一区域进行噪声过滤。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸的步骤包括：

确定所述第一区域所包括的轮廓线；

根据轮廓线与小球轮廓的相似度，确定所述第一区域中的小球轮廓；

根据所确定的小球轮廓计算所述小球的尺寸。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述红外光源的红外光线的波长大于室内光源的波长。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所追踪的小球的反光材料为反光粉，所述反光粉通过裹覆的胶层粘附在所述小球表面，所述反光粉的表面通过塑胶薄层固定。

本申请实施例的第二方面提供了一种球类追踪玩具的球类追踪装置，所述球类追踪玩具上设置有用于发射预定波长的红外光源，所追踪的小球表面覆有反光材料层，所述球类追踪装置包括：

图像采集单元，用于通过红外摄像头采集图像，确定所采集的图像的亮度；

亮度比较单元，用于根据预先设定的亮度阈值，确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；

第一尺寸计算单元，用于如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸；

第二尺寸计算单元，用于如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；

小球方位确定单元，用于根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现方式中，所述第二尺寸计算单元包括：

相似度计算子单元，用于计算所述第一区域的外形与小球的外形的相似度；

小球区域确定子单元，用于选择与所述小球的外形的相似度最高的第一区域，作为小球所在区域；

尺寸计算子单元，用于根据所述第一区域的弧面计算所述小球的尺寸。

本申请实施例的第三方面提供了一种球类追踪玩具，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述球类追踪玩具的球类追踪方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述球类追踪玩具的球类追踪方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：在球类追踪玩具上设置红外光源，所追踪的小球表面覆有反光材料层，红外摄像头采集图像时，在小球所在区域会呈现为高亮图像，如果高亮区域大于面积阈值，则代表室内阳光太强烈，通过一般的轮廓检测确定小球尺寸，如果小于面积阈值，则根据所确定的区域形状确定小球尺寸，再进一步根据小球尺寸计算小球的相对方位。由于本申请可以根据反光小球所形成的高亮区域自动选择与场景对应的小球尺寸计算方法，使得小球尺寸计算更加准确，有利于提高小球的识别距离和识别精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种球类追踪玩具的球类追踪方法的实现流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种小球制作工艺流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种计算小球的尺寸的方法的实现流程示意图；

图4是本申请实施例提供的又一种计算小球的尺寸的方法的实现流程示意图；

图5是本申请实施例提供的一种球类追踪玩具的球类追踪装置的示意图；

图6是本申请实施例提供的球类追踪玩具的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本申请实施例提供的一种球类追踪玩具的球类追踪方法的实现流程示意图，所述球类追踪玩具上设置有用于发射预定波长的红外光源，所追踪的小球表面覆有反光材料层，所述球类追踪方法详述如下：

在步骤S101中，通过红外摄像头采集图像，确定所采集的图像的亮度；

具体的，本申请所述球类玩追踪玩具的球类追踪方法，主要可应用于室内场景。由于室内一般的日光灯的荧光粉的采用三波长荧光粉，所发出的光一般集中三原光蓝(452nm)绿(543nm)与红(611nm)怕三个狭窄光谱组合成白色光。因此，本申请所述红外光源，可以为与所述三原光的光谱不同的其它光谱，比如可以为波长850nm或940nm的红外光源等，通过该波长的红外光源，可以使得红外摄像头较为容易捕获。

所追踪的小球，为了更加便于长距离的追踪，可以在小球的表面设置反光材料层，从而使得小球处于相隔玩具小车(球类追踪玩具中用于追踪小球的装置)更远距离时，仍然可以有效的获取玩具小车的反光所呈现的图像。

所述红外摄像头可以设置在玩具小车的正前方，可便于玩具小车根据所追踪的小球向前移动。所述红外光源可以为设置在摄像头周围的红外LED灯珠。

本申请所述小球的表面覆盖有反光材料，所述反光材料可以为反光粉。将反光粉覆盖在所述小球的表面的工艺流程可以如图2所示，包括：

在步骤S201中，在被追踪小球表面裹胶层；

所述胶层可以为钢胶，可以在所述被追踪小球的表面，通过涂抹的方式裹一层钢胶。

在步骤S202中，在带胶层的小球表面粘附反光粉；

可以将带有胶层的小球放在反光粉里面翻滚，使得小球的表面均匀的粘满反光粉。

在步骤S203中，将粘附有反光粉的小球通过塑胶层固定。

可以通过塑胶将粘附有反光粉的小球固定，从而使得反光粉可以可靠的保留在小球表面。

在步骤S102中，根据预先设定的亮度阈值，确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；

获取所述图像的亮度后，可以将所采集的图像中的每个像素点的亮度值与预先设定的亮度阈值进行比较，可以根据比较结果对所述图像中的像素进行二值化处理，得到图像中亮度大于预设的亮度阈值的像素点构成的第一区域。应当理解，所述第一区域可以为一个，在不同的场景中，所述第一区域也可以包括多个。

在步骤S103中，如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸；

在确定一个或者多个第一区域后，需要对所述第一区域进行可信度判断。为了有效的适应室内无其它红外光线以及室内包括其它光线的情况，本申请通过第一区域的面积进行比较判断，将所述第一区域的面积与预设的面积阈值进行比较，根据比较结果确定不同的小球的尺寸计算方式。

本申请所述小球的尺寸，是指小球在图像中的尺寸。由于近大远小的成像原则，可以根据图像中的小球的尺寸的大小，结合小球的真实尺寸的大小，即可计算出小球相对于玩具小车的方位。另外，本申请中的小球的真实尺寸是预先确定的。

所述预测的面积阈值，可以根据小球当前的位置而设定，且大于小球当前与玩具小车的距离时玩具小车所采集的小球所占的图像的面积。比如，当小球的位置距离玩具小车较近，则可以设定所述面积阈值为较大值，如果小球的位置距离玩具小车较远，则可以设定所述面积阈值为较小值。所述小球与小车的距离，可以根据初始跟踪距离确定。

所述如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸的步骤可以如图3所示，包括：

在步骤S301中，确定所述第一区域所包括的轮廓线；

由于第一区域大于预设的面积阈值，表明当前图像中除了小球，还包括其它高亮光线，可能为太阳光或者其它红外光源的干扰光线，在这种情景下，小球等物体会有清楚的轮廓，可以对图像采用轮廓分析的方式，来确定小球的位置。

在步骤S302中，根据轮廓线与小球轮廓的相似度，确定所述第一区域中的小球轮廓；

对采集的图像进行轮廓提取，可以基于灰度、颜色、纹理等来对图像进行分割，得到图像中包括的轮廓。将多个轮廓与小球轮廓进行匹配，确定小球在图像中的轮廓。

在步骤S303中，根据所确定的小球轮廓计算所述小球的尺寸。

在确定小球轮廓后，即可根据该轮廓对小球的尺寸进行计算，得到小球的尺寸，但于后续确定小球相对于玩具小车的方位。

在步骤S104中，如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；

如果第一区域小于或等于所述面积阈值，则表明当前场景下没有其它红外光线(比如日光)的干扰，则可以根据第一区域的形状计算所述小球的尺寸，具体可以如图4所示，包括：

在步骤S401中，计算所述第一区域的外形与小球的外形的相似度；

由于第一区域的面积小于或等于所述面积阈值，因此当前场景可以认为没有其它红外光源的干扰，在图像中包括全部或者部分小球图像。可以直接根据第一区域的外形进行小球识别，即对第一区域的外形与小球外形的相似度计算。

在步骤S402中，选择与所述小球的外形的相似度最高的第一区域，作为小球所在区域；

在图像中包括多个第一区域时，可以分别计算各个第一区域的外形与小球的外形的相似度，选择相似度最高的第一区域作为小球所在区域。

在步骤S403中，根据所述第一区域的弧面计算所述小球的尺寸。

当然，在此步骤之前，还可以包括对图像进行滤波的步骤，比如通过扩展卡尔曼滤波器，对图像中的噪声图像进行过滤，从而能够得到更为准确的小球弧面，从而有利于得到更为准确的小球尺寸。

在确定小球所在区域后，可以根据第一区域的弧面来计算小球的尺寸，从而便于后续对小球的相对方位进行判定。

在步骤S105中，根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。

根据小球在图像的位置，可以相应的确定小球相对于小车正前方的方向角。比如摄像头安装在玩具小车的正前方时，可以根据小球在图像中偏离中心的角度，确定所述小球相对于玩具小车的方向角。根据小球的标准尺寸，结合当前图像中玩具小车的尺寸以及摄像头参数，可以计算小球相对于玩具小车的距离。根据所计算的小球相对于玩具小车的距离，以及小球相对于玩具小车的方向角，即可确定小球相对于玩具小车的方位。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

图5为本申请实施例提供的一种球类追踪玩具的球类追踪装置，所述球类追踪玩具上设置有用于发射预定波长的红外光源，所追踪的小球表面覆有反光材料层，所述球类追踪装置包括：

图像采集单元501，用于通过红外摄像头采集图像，确定所采集的图像的亮度；

亮度比较单元502，用于根据预先设定的亮度阈值，确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；

第一尺寸计算单元503，用于如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸；

第二尺寸计算单元504，用于如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；

小球方位确定单元505，用于根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。

优选的，所述第二尺寸计算单元包括：

相似度计算子单元，用于计算所述第一区域的外形与小球的外形的相似度；

小球区域确定子单元，用于选择与所述小球的外形的相似度最高的第一区域，作为小球所在区域；

尺寸计算子单元，用于根据所述第一区域的弧面计算所述小球的尺寸。

图5所述球类追踪玩具的球类追踪装置，与图1所述的球类追踪方法对应。

图6是本申请一实施例提供的球类追踪玩具的示意图。如图6所示，该实施例的球类追踪玩具6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62，例如球类追踪程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个球类追踪方法实施例中的步骤。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述球类追踪玩具6中的执行过程。例如，所述计算机程序62可以被分割成：

图像采集单元，用于通过红外摄像头采集图像，确定所采集的图像的亮度；

亮度比较单元，用于根据预先设定的亮度阈值，确定图像的亮度大于所述亮度阈值的第一区域；

第一尺寸计算单元，用于如果所述第一区域大于预设的面积阈值，则通过轮廓检测确定小球的尺寸；

第二尺寸计算单元，用于如果所述第一区域小于或等于预设的面积阈值，则根据所述第一区域的形状计算所述小球的尺寸；

小球方位确定单元，用于根据所确定的小球的尺寸计算小球的相对方位。

所述球类追踪玩具可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是球类追踪玩具6的示例，并不构成对球类追踪玩具6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，例如所述球类追踪玩具还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器61可以是所述球类追踪玩具6的内部存储单元，例如球类追踪玩具6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述球类追踪玩具6的外部存储设备，例如所述球类追踪玩具6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述球类追踪玩具6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述球类追踪玩具所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，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，在本申请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，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。