技术领域
[0001] 本
发明涉及增强现实和
图像识别技术领域，特别涉及一种基于增强现实幼教卡片的实现方法。
背景技术
[0002] 增强现实是近些年兴起的一种新型传媒信息综合技术，是改变情境与社交用户体验的关键应用技术之一，被麻省理工学院评选为“十大新兴产业”。在谷歌、苹果、英特尔、高通等IT巨头的大
力推动下，增强现实技术在国际上已经广泛应用于互动广告、展览展示、数字出版、科普教育、可穿戴设备等领域。
[0003] 幼教卡片是现代科学技术与最新教学需求结合的一种互动学习产品，在婴幼儿教育行业有广泛的应用，常见卡片包括识字卡片、拼音卡片等。目前市场上的幼教卡片普遍功能单一、交互单调、娱乐性差，难以有效调动婴幼儿的认知积极性。
[0004] 因此，鉴于上述背景技术和技术问题，有必要提供一种基于增强现实幼教卡片的实现方法。
发明内容
[0005] 针对
现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种基于增强现实幼教卡片的实现方法，通过引入增强现实技术，能够使普通的幼教卡片结合多种形式的多媒体内容进行展示，从而给予用户更好的互动体验。
[0006] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
[0007] 一种基于增强现实幼教卡片的实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
[0008] S1、获取幼教卡片的特征数据，并存储；
[0009] S2、拍摄真实场景的图像；
[0010] S3、从真实场景的图像识别存储的特征数据；
[0011] S4、根据识别结果加载幼教卡片的数字内容资源。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中的特征数据为压缩后幼教卡片的图像数据，所述特征数据的存储空间小于图像数据的存储空间。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述幼教卡片的图像数据通过
计算机视觉的图像特征提取技术提取。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述特征数据包括ORB特征。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的识别过程通过计算机视觉的特征匹配技术实现。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中的幼教卡片和数字内容资源具有一一对应关系，识别到幼教卡片后，相对应的数字内容资源被加载。
[0017] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为：
[0018] 从真实场景的图像实时计算特征数据，并同幼教卡片的特征数据进行匹配识别，若真实场景图像的特征数据同幼教卡片的特征数据达到预设相似值，则识别成功，否则识别失败。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述数字内容资源为三维模型、动画、视频、音频、网页、图片、文字中的任意一种或任意多种的组合。
[0020] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4后还包括：
[0021] S5、用户对数字内容资源进行浏览和/或交互操作。
[0022] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S5在
手持设备和/或可穿戴设备中运行。
[0023] 作为本发明的进一步改进，所述交互操作包括单击、双击、缩放、平移、旋转手势中的任意一种或任意多种的组合。
[0024] 作为本发明的进一步改进，所述交互操作包括通过平移和/或旋转设备与数字内容资源进行交互，在增强现实场景中，虚拟相机和/或虚拟物体的
姿态跟随设备的姿态改变。
[0025] 作为本发明的进一步改进，所述设备的旋转姿态由
陀螺仪和/或
加速度
传感器获取。
[0026] 作为本发明的进一步改进，所述虚拟相机和/或虚拟物体的姿态改变为虚拟相机和/或虚拟物体的旋转姿态，包括围绕虚拟场景的中心点旋转和/或围绕虚拟相机的中心点旋转。
[0027] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4还包括：保存对应幼教卡片的数字内容资源，供用户继续浏览和/或交互。
[0028] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中幼教卡片的特征数据以
数据库和/或文件系统的方式进行存储。
[0029] 本发明具有以下有益效果：
[0030] 1、通过引入增强现实技术，能够使普通的幼教卡片结合多种形式的多媒体内容进行展示，从而给予用户更好的互动体验；
[0031] 2、幼教卡片的识别采用的数据为特征数据而非图像数据，所需存储和计算资源较少，用户交互也更加流畅；
[0032] 3、用户不需要长时间拍摄幼教卡片，只需拍摄一次即可从任意
角度对数字内容资源进行浏览和/或交互；
[0033] 4、引入陀螺仪和/或加速度传感器实现交互，
互动性和
沉浸感更好，有利于调动婴幼儿的认知积极性。
附图说明
[0034] 图1是本发明中增强现实的幼教卡片实现方法的流程示意图；
[0035] 图2是本发明一具体
实施例中增强现实的幼教卡片实现方法的流程示意图；
[0036] 图3是本发明一具体实施例中增强现实的幼教卡片实现方法的示意图。
具体实施方式
[0037] 以下将结合附图所示的具体实施方式对本
申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
[0038] 参图1所示，本发明公开了一种基于增强现实幼教卡片的实现方法，包括以下步骤：
[0039] S1、获取幼教卡片的特征数据，并存储；
[0040] S2、拍摄真实场景的图像；
[0041] S3、从真实场景的图像识别存储的特征数据；
[0042] S4、根据识别结果加载幼教卡片的数字内容资源。
[0043] 进一步地，步骤S4后还包括：
[0044] S5、用户对数字内容资源进行浏览和/或交互操作。
[0045] 本发明的步骤S1中，特征数据为压缩后幼教卡片的图像数据，所述特征数据的存储空间小于图像数据的存储空间。相比于图像数据，特征数据包含更少的数据量，更便于数据的存储、交换和运算。
[0046] 进一步的，步骤S1中，对所有或部分的幼教卡片，特征数据的压缩过程在预处理阶段完成，并以文件系统或数据库形式对特征数据进行存储，幼教卡片特征数据的预存储可以大大节省实时运行时所需的特征数据提取时间。
[0047] 步骤S2中，真实场景的拍摄借助智能手机、
平板电脑、智能眼镜和智能
手表现已普及的摄像头完成，无需借助特殊的专用
电子设备。
[0048] 步骤S3中，真实场景的图像被实时转换为特征数据，并同预先存储的幼教卡片特征数据进行匹配识别，若真实场景图像的特征数据同幼教卡片的特征数据足够相似(达到预设相似值)，则识别成功，否则识别失败。
[0049] 优选地，本发明中的幼教卡片的图像数据通过计算机视觉的图像特征提取技术提取，特征数据包括但不限于ORB特征，步骤S3中的识别过程通过计算机视觉的特征匹配技术实现。
[0050] 步骤S4中，幼教卡片和数字内容资源具有一一对应关系，识别到幼教卡片后，相对应的数字内容资源被加载。其中，数字内容资源为三维模型、动画、视频、音频、网页、图片、文字中的任意一种或任意多种的组合。
[0051] 步骤S5在手持设备和/或可穿戴设备中运行，用户可以在手持设备和/或可穿戴设备中对数字内容资源进行浏览和/或交互操作。
[0052] 进一步地，交互操作包括单击、双击、缩放、平移、旋转手势中的任意一种或任意多种的组合。
[0053] 进一步地，交互操作包括通过平移和/或旋转设备与数字内容资源进行交互，在增强现实场景中，虚拟相机和/或虚拟物体的姿态跟随设备的姿态改变。
[0054] 进一步地，设备的旋转姿态由陀螺仪和/或加速度传感器获取。
[0055] 进一步地，虚拟相机和/或虚拟物体的姿态改变为虚拟相机和/或虚拟物体的旋转姿态，包括围绕虚拟场景的中心点旋转和/或围绕虚拟相机的中心点旋转，该中心点可以是严格符合几何意义的中心点，也可以是人为
指定的主观中心点。
[0056] 本发明的步骤S5中，用户与数字内容资源的交互操作可以是上述任意一种或一种以上的任意组合。
[0057] 优选地，步骤S4还包括：保存对应幼教卡片的数字内容资源，供用户继续浏览和/或交互。从真实场景识别到幼教卡片后，即使真实场景的拍摄范围不再包含幼教卡片，对应的数字内容资源也不会被销毁，用户可以继续观看和/或交互。
[0058] 应当理解的是，本发明的步骤S1中，幼教卡片中图像
数据压缩为特征数据的过程在预处理阶段完成，当然，该压缩步骤也可以在其他阶段完成，只需在步骤S3之前完成即可实现。
[0059] 如本发明的一具体实施方式中，基于增强现实幼教卡片的实现方法步骤具体如下：
[0060] 首先，对所有幼教卡片的图像提取图像特征，特征提取通过增强现实技术中常用的提取方法实现。作为较为优选的实施方案之一，特征提取通过ORB(Oriented Binary Robust Independent Elementary Features)方法实现。该方法的实现细节参考Ethan Rublee等人的论文“ORB:an efficient alternative to SIFT or SURF”。特征提取的结果以文件系统或数据库形式进行存储；
[0061] 其次，使用智能手机、平板电脑、智能眼镜或智能手表的摄像头对真实场景进行拍摄。作为较为优选的实施方案之一，真实场景的拍摄过程获取了连续多
帧图像。在其他的实施例中，拍摄过程可以只采集一帧图像或不连续的多帧图像；
[0062] 然后，对真实场景的图像实时提取ORB特征，并同预先存储的幼教卡片ORB特征进行LSH(Locality Sensitive Hashing)匹配。LSH匹配方法的实现细节参考Ethan Rublee等人的论文“ORB:an efficient alternative to SIFT or SURF”。如果真实场景图像ORB特征同幼教卡片ORB特征的匹配距离足够小，则认为当前的真实场景包含幼教卡片(识别成功)，否则认为当前的真实场景不包含幼教卡片(识别失败)。如果识别成功，则根据识别到的幼教卡片加载对应的数字内容资源。数字内容资源可以是三维模型、动画、视频、音频、网页、图片或文字；
[0063] 最后，进入用户浏览和交互阶段。作为较为优选的实施方案之一，用户可以通过两种设备进行交互输入：第一种是触控板，第二种是三轴陀螺仪。触控板获取触控手势，实现单击、双击、缩放、平移、旋转等操作。陀螺仪获取设备当前的旋转姿态，实现虚拟场景的旋转。在设备达到竖直状态前，虚拟相机围绕虚拟场景中观察物体的中心点旋转。一旦设备达到过竖直状态，虚拟相机不再围绕虚拟场景的中心点旋转，改为围绕虚拟相机自身的中心点旋转。幼教卡片被识别后，对应的数字内容资源始终显示在屏幕中。直到新的幼教卡片被识别，屏幕显示内容才切换为新卡片对应的数字内容资源。
[0064] 以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0065] 参图2所示为本发明一具体实施例中基于增强现实幼教卡片的实现方法的流程示意图。具体包括：
[0066] 开启摄像头101对真实场景进行拍摄，在关闭程序102前，对拍摄图像进行实时的
图像处理103；
[0067] 当拍摄到幼教卡片时，进行图像处理103，提取拍摄图像的特征，并进行卡片识别104，与幼教卡片的特征进行匹配；
[0068] 当识别到新卡片105时，加载资源106，即加载数字内容资源；
[0069] 如识别到的卡片与之前识别的卡片一致，则不进行加载资源106操作，返回继续扫描和图像处理103；
[0070] 当有资源107后，加载数字内容资源，用户可以进行交互108；
[0071] 关闭程序102后，结束交互109，用户体验结束。
[0072] 参图3是本发明一种增强现实的幼教卡片实现方法的示意图。如图3所示，该实现系统包括：
[0073] 平板电脑201，进行
图像采集和幼教卡片的识别，平板电脑201上显示有印有孔雀图案的幼教卡片202；
[0074] 本实施例中，平板电脑对真实场景进行扫描，当摄像头对准某张幼教卡片时，实时提取当前摄像头图像的特征，并将其与幼教卡片的特征进行匹配，获取卡片编号，进而加载卡片编号对应的数字内容资源。数字内容资源包含多种形式，包括：音频内容203，包含孔雀的中英文发音，生活习性等介绍；以及孔雀的三维模型及动画204。
[0075] 用户通过触控手势播放数字内容资源。如图中音频内容203所示，当点击按钮时，播放音频内容。如图中孔雀的三维模型及动画204所示，孔雀三维模型在单击之后触发开屏动画。通过移动和旋转设备，可以改变观察三维模型的角度。模型的相对
位置将由陀螺仪控制，通过陀螺仪控制虚拟摄像头的角度，本实施例中，陀螺仪为平板电脑201的内置设备；
[0076] 卡片被识别后，即使摄像头拍摄区域中不再含有卡片，对应的数字内容资源也不会立即销毁。直到用户再次扫描其他的幼教卡片时，系统判定与之前识别的卡片不同，则销毁旧有的数字内容，加载新的资源。如图3中扫描新的幼教卡片后加载的火箭模型205。
[0077] 由上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0078] 1、通过引入增强现实技术，能够使普通的幼教卡片结合多种形式的多媒体内容进行展示，从而给予用户更好的互动体验；
[0079] 2、幼教卡片的识别采用的数据为特征数据而非图像数据，所需存储和计算资源较少，用户交互也更加流畅；
[0080] 3、用户不需要长时间拍摄幼教卡片，只需拍摄一次即可从任意角度对数字内容资源进行浏览和/或交互；
[0081] 4、引入陀螺仪和/或加速度传感器实现交互，互动性和沉浸感更好，有利于调动婴幼儿的认知积极性。
[0082] 应当理解，虽然本
说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0083] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
