一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件及方法

摘要

本发明公开了一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件及方法，包括积木底座、若干积木块、移动端、图像识别服务器、开发板，所述积木底座正面开设有用于分开放置若干积木块的放置槽，积木块正面印刷有指令二维码，移动端上设置有APP或小程序用于拍摄积木底座，移动端与图像识别服务器通过无线数据传输方式完成拍摄图片的上传和控制代码下发，图像识别服务器对拍摄图片自动识别并完成控制代码编译，移动端通过蓝牙传输方式将代码写入到开发板，开发板通过导线与教学表现媒介相连实现控制，不单能做到实物编程对幼儿视力的保护，同时能做到开放式的积木编程，利用机器来判断最终的积木编程作品正确与否，让编程回归到“无限可能”。

说明书

技术领域

发明涉及幼儿启蒙教育技术领域，特别涉及一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件及方法。

背景技术

科技、人工智能已经走入千家万户，越来越多的家长开始重视孩子的STEAM教育、幼儿编程教育等，但是这类教育往往都脱离不了电子设备，例如平板电脑或电脑，往往都是需要在电子屏幕上进行一系列的小积木拼接操作，最终电子设备对实物进行驱动，例如“无人小车/小坦克”；另外，市面上还有一种产品是实物模块化拼接，然后借助“图像识别仪”对模块进行扫描识别，扫一块（图形）分析一块，直接与服务器端的“正确答案”作匹配，最终都匹配对了，产品效果才呈现出来。

上述两种现有的技术均存在着相应的缺点，具体如下：

1、现在市面上的幼儿逻辑训练套件/少儿编程学习训练课件大多是依靠平板电脑来进行积木式拼接操作来完成的，一旦操作、调试起来时间总是不知不觉的过去；但是，家长们又非常担心孩子眼睛对着电子屏幕时间过长，影响视力；

2、现在市面上有一种少儿编程套件，脱离了电子设备，也是实物模块化编程，采用是图形分析技术，但是有个较大的问题就是一模块一分析，如果一个作品需要用到3-5块还行，但是一旦需要用到较多积木的话，就显得有点繁琐，扫描一块分析一块匹配一块，而且往往是将作品的答案存放在服务器端，分析的过程是将客户端和服务器端作匹配；编程，应该是非常开放式的，是孩子无限创造的，不应该把答案限定死，更不应该只有一种答案，限制了编辑吃可能性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件及方法，不单希望能做到实物编程对幼儿视力的保护，同时希望做到开放式的积木编程，利用机器来判断最终的积木编程作品正确与否，让编程回归到“无限可能”。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件，包括积木底座、若干积木块、移动端、图像识别服务器、开发板，所述积木底座正面开设有用于分开放置若干积木块的放置槽，积木块正面印刷有指令图标、指令文字、指令二维码，移动端上设置有APP或小程序用于拍摄积木底座，移动端与图像识别服务器通过无线数据传输方式完成拍摄图片的上传和控制代码下发，图像识别服务器对拍摄图片自动识别并完成控制代码编译，移动端通过蓝牙传输方式将代码写入到开发板，开发板通过导线与教学表现媒介相连实现控制。

进一步优选为，所述教学表现媒介包括画纸、指示教具、导电胶带和鳄鱼夹，画纸供幼儿涂鸦和画画，指示灯具安装在画纸上，不同指示教具通过导电胶带相连，开发板与指示教具之间通过鳄鱼夹相连。

本发明的另外一个目的是基于上述的幼儿左右脑开发套件，提供一种基于图像识别的幼儿左右脑开发方法，包含积木底座、若干积木块、移动端、图像识别服务器、开发板、教学表现媒介，具体步骤包括：

学生首先完成教学表现媒介的制作，包含绘画、手工、电路连接；

在若干积木块中选择含有所需指令的积木块，并随意的放置在积木底座上；

家长通过移动端的APP或小程序对积木底座进行拍摄，拍摄的积木图片会上传至图像识别服务器；

图像识别服务器对拍摄图片自动识别并完成控制代码编译，最终下发到移动端的APP或小程序上；

移动端的APP或小程序通过蓝牙传输方式将代码写入到开发板，开发板通过导线与教学表现媒介相连实现控制，如达到所需的表现形式则表示成功，否则重新选择所需积木块并重新进行后续步骤。

进一步优选为，所述图像识别服务器的图像识别和代码编译具体包括以下步骤：

对上传的原始图像数据的相关维度做调整增强，在此基础上，对图像数据执行形态学操作；

对处理完成后的图像数据执行轮廓检测，基于图像设计，进一步筛选和处理检测出的轮廓集合，最终推断出图像设计中的黑色外边框；

基于取得的黑色外边框的相关参数数据，对原始图像数据执行仿射变换矫正，取得标准图像数据；

基于标准图像数据，按设计时的像素距离 ，应用图像裁剪，一次性将所有的积木片图像区域独立裁剪出来；

基于前一步中取得的单个积木片图像区域，对积木片图像区域中心一定范围内的像素值做判定，识别出当前积木片图像区域是否已放置积木片；

基于前一步中筛选出的单个积木片图像区域，分别应用二维码识别或者图像识别处理，获得相应的源代码，将得到的源代码进行解析编译，得到中间机器码。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

学生先在教学表现媒介上进行绘画和涂鸦完成绘画部分，再将教学表现媒介的其他部门通过手工连接的方式完成电路搭建，锻炼孩子的动手能力，还要完成简易的电路连接；

使用者根据积木块上展示的指令信息，在积木底座上放置所需的积木块，家长通过移动端对积木底座拍摄照片，拍摄照片自动上传至图像识别服务器完成控制代码编译并下发到移动端，在图像识别过程中，积木块可随意摆放和组合；移动端再将控制代码通过蓝牙形式下发的开发板上，开发板再进行指示教具的控制，整个过程覆盖了绘画、手工编程两种教学目的，同时对于家长来说，操作不超过一分钟时间，对于孩子来说，也不用接触电子设备屏幕，对眼镜起到很好的保护。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中积木底座与积木块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对发明作进一步详细说明。

一种基于图像识别的幼儿左右脑开发套件，参照图1和图2所示，包括积木底座、若干积木块、移动端、图像识别服务器、开发板，积木底座正面开设有用于分开放置若干积木块的放置槽，积木块正面印刷有指令图标、指令文字、指令二维码，不同指令类型的积木块正面印刷成不同底色，移动端上设置有APP或小程序用于拍摄积木底座，移动端与图像识别服务器通过无线数据传输方式完成拍摄图片的上传和控制代码下发，图像识别服务器对拍摄图片自动识别并完成控制代码编译，移动端通过蓝牙传输方式将代码写入到开发板，开发板通过导线与教学表现媒介相连实现控制。

教学表现媒介包括画纸、指示教具、导电胶带和鳄鱼夹，画纸供幼儿涂鸦和画画，指示灯具安装在画纸上，不同指示教具通过导电胶带相连，开发板与指示教具之间通过鳄鱼夹相连。

基于上述的幼儿左右脑开发套件，本发明提供一种基于图像识别的幼儿左右脑开发方法，包含积木底座、若干积木块、移动端、图像识别服务器、开发板、教学表现媒介，具体步骤包括：

学生首先完成教学表现媒介的制作，包含绘画、手工、电路连接；

在若干积木块中选择含有所需指令的积木块，并随意的放置在积木底座上；

家长通过移动端的APP或小程序对积木底座进行拍摄，拍摄的积木图片会上传至图像识别服务器；

图像识别服务器对拍摄图片自动识别并完成控制代码编译，最终下发到移动端的APP或小程序上；

移动端的APP或小程序通过蓝牙传输方式将代码写入到开发板，开发板通过导线与教学表现媒介相连实现控制，如达到所需的表现形式则表示成功，否则重新选择所需积木块并重新进行后续步骤。

上述图像识别服务器的图像识别和代码编译具体包括以下步骤：

对上传的原始图像数据的相关维度做调整增强，如对比度和饱和度等方面；在此基础上，对图像数据执行形态学操作，形态学操作包含灰度化图像数据、二值化图像数据；

对处理完成后的图像数据执行轮廓检测（基于OpenCV库），基于图像设计，进一步筛选和处理检测出的轮廓集合，最终推断出图像设计中的黑色外边框；

基于取得的黑色外边框的相关参数数据，对原始图像数据执行仿射变换矫正，取得标准图像数据；

基于标准图像数据，按设计时的像素距离 ，应用图像裁剪，一次性将所有的积木片图像区域独立裁剪出来；

基于前一步中取得的单个积木片图像区域，对积木片图像区域中心一定范围内的像素值做判定，识别出当前积木片图像区域是否已放置积木片；

基于前一步中筛选出的单个积木片图像区域，分别应用二维码识别或者图像识别处理，获得相应的源代码，将得到的源代码进行解析编译，得到中间机器码。

最终，开发板通过蓝牙传输方式获得上述形成的中间机器码，开发板执行中间机器码并输出相应控制信息，最后实现作品效果展现。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。