基于AIoT技术的黑板擦试方法及智能黑板擦组件

摘要

基于AIoT技术的黑板擦试方法，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括与黑板擦信号传输连接的AIoT图形识别控制终端和可拍摄黑板正面图像且与AIoT图形识别控制终端信号传输连接的摄像头，AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像，再对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号并发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹。本发明实现黑板擦以最优路径擦拭笔迹，提高擦拭效率，节省擦拭时间，减少擦拭能耗，达到快速、高效且高质的黑板擦拭效果，利用物联网实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。本发明还提供一种智能黑板擦组件。

权利要求

1.基于AIoT技术的黑板擦试方法，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括与黑板擦信号传输连接的AIoT图形识别控制终端和可拍摄黑板正面图像且与AIoT图形识别控制终端信号传输连接的摄像头，AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像，再对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号并发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹；

 “AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像”具体是指：用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板正面实时照片并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系，再在灰度图中提取黑板区的图像；

 “AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系”是指AIoT图形识别控制终端先将照片转换为灰度图，再在灰度图上建立笛卡尔坐标系，笛卡尔坐标系的原点（x,y）位于灰度图的一角，灰度图以矩阵的方式存储；

 “在灰度图中提取黑板区的图像”是指：采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据，再根据黑板区数据形成黑板区图片；

 “采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据”是指使用对象逼近的方式提取灰度图中的黑板区，得到黑板区相对于笛卡尔坐标系原点(x,y)的坐标和黑板区的宽高（w,h）； “根据黑板区数据形成黑板区图片”是指：在笛卡尔坐标系中提取黑板区的数据，使用矩阵的flag[x:x+w,y:y+h]来提取黑板的图像数据，根据黑板数据能形成单独的黑板区图片；

 “对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号”是指先用网格分割法将黑板区图片均分成与黑板擦覆盖面积相适应的若干小图，每个小图为笛卡尔坐标系中的一个图像矩阵，再根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号；

“根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号”具体是指采用边缘计算方法或对象逼近方法查看每个图像矩阵中是否有笔迹，将有笔迹的图像矩阵用1表示，将无笔迹的图像矩阵用0表示，建立数据链表，根据黑板擦在黑板区的位置并利用数据链表的搜索最优路径算法计算出黑板擦的擦除路径并形成控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法，其特征在于：AIoT图形识别控制终端为手机上的控制APP或电脑上的控制软件，AIoT图形识别控制终端与黑板擦和摄像头分别为WIFI无线信号传输连接。

3.根据权利要求2所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法，其特征在于：所述的黑板擦包括控制黑板擦动作的控制模块、用于擦拭笔迹的擦除模块、驱动黑板擦在黑板上移动的动力模块、用于吸尘的吸尘模块、用于判定黑板边界的边界传感判定模块、与AIoT图形识别控制终端实现WIFI无线信号传输连接的WIFI通信模块、对各模块进行供电的电源模块，各模块均与控制模块连接，通过控制模块协调控制。

4.采用权利要求1至3任一项所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法的智能黑板擦组件，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括AIoT图形识别控制终端和装在黑板上方可拍摄黑板正面图像的摄像头，黑板擦和摄像头分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接。

说明书

基于AIoT技术的黑板擦试方法及智能黑板擦组件

技术领域

[0001] 本发明涉及基于AIoT技术的黑板擦试方法及智能黑板擦组件，属于智能黑板擦技术领域。

背景技术

[0002] 黑板和黑板刷是课堂上最基本的教学用具，传统的黑板刷具有结构简单，体积小，重量轻，使用方便等优点，但需要人工擦拭，存在着费时、费力，多次擦拭后，清洁效果不理想等缺点，特别是粉尘飞扬，容易弄脏手和衣服，粉尘落在讲台上，讲桌上也不便清理。因此智能黑板刷是一个很好的选择，已有的电动黑板刷，例如申请号为CN201810449475.7，名称为 一种智能黑板擦拭装置及其工作方法的现有专利文献，包括智能黑板擦以及黑板擦智能导航装置，所述智能黑板刷由电磁铁、可拆卸式的过滤网、差别化纤维式海绵系统、最外层风扇和自控制器组成；智能导航装置由主机、固定在黑板上面的水平导轨、可竖直延伸的液压伸缩杆和蓝牙Beacon组成；所述主机包括水平距离传感器、电机和主控制模块；所述液压伸缩杆一端固定在水平导轨上，另一端连着智能黑板刷，能够准确定位擦拭位置，进行局部擦拭，自动化程度高，利用风扇转动形成的风势差吸收由差别化纤维式海绵擦除的粉笔灰尘，而且中间有可拆卸更换的过滤网以及第二层保护湿式差别化纤维海绵，可有效防止粉笔灰扩散。上述方案中解决了传统黑板刷需人工擦拭、擦拭过程粉尘无法吸收等问题，而针对黑板上不同的笔迹分布如何快速高效擦除，是现有智能黑板擦改进的方向，也是本发明研究的目的。

发明内容

[0003] 本发明提供的基于AIoT技术的黑板擦试方法，实现根据黑板上笔迹的分布情况设定最优的擦拭路径，黑板擦以最优路径擦拭笔迹，提高擦拭效率，节省擦拭时间，减少擦拭能耗，达到快速、高效且高质的黑板擦拭效果，利用物联网实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。本发明还提供一种智能黑板擦组件。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 基于AIoT技术的黑板擦试方法，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括与黑板擦信号传输连接的AIoT图形识别控制终端和可拍摄黑板正面图像且与AIoT图形识别控制终端信号传输连接的摄像头，AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像，再对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号并发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹。

[0006] 优选的，“AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像”具体是指：用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板正面实时照片并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系，再在灰度图中提取黑板区的图像。

[0007] 优选的，“AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系”是指AIoT图形识别控制终端先将照片转换为灰度图，再在灰度图上建立笛卡尔坐标系，笛卡尔坐标系的原点（x,y）位于灰度图的一角，灰度图以矩阵的方式存储。

[0008] 优选的，“在灰度图中提取黑板区的图像”是指：采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据，再根据黑板区数据形成黑板区图片。

[0009] 优选的，“采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据”是指使用对象逼近的方式提取灰度图中的黑板区，得到黑板区相对于笛卡尔坐标系原点(x,y)的坐标和黑板区的宽高（w,h）；“根据黑板区数据形成黑板区图片”是指：在笛卡尔坐标系中提取黑板区的数据，使用矩阵的flag[x:x+w,y:y+h]来提取黑板的图像数据，根据黑板数据能形成单独的黑板区图片。

[0010] 优选的，“对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号”是指先用网格分割法将黑板区图片均分成与黑板擦覆盖面积相适应的若干小图，每个小图为笛卡尔坐标系中的一个图像矩阵，再根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号。

[0011] 优选的，“根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号”具体是指采用边缘计算方法或对象逼近方法查看每个图像矩阵中是否有笔迹，将有笔迹的图像矩阵用1表示，将无笔迹的图像矩阵用0表示，建立数据链表，根据黑板擦在黑板区的位置并利用数据链表的搜索最优路径算法计算出黑板擦的擦除路径并形成控制信号。

[0012] 优选的，AIoT图形识别控制终端为手机上的控制APP或电脑上的控制软件，AIoT图形识别控制终端与黑板控和摄像头分别为WIFI无线信号传输连接。

[0013] 优选的，所述的黑板擦包括控制黑板擦动作的控制模块、用于擦拭笔迹的擦除模块、驱动黑板擦在黑板上移动的动力模块、用于吸尘的吸尘模块、用于判定黑板边刷的边界传感判定模块、与AIoT图形识别控制终端实现WIFI无线信号传输连接的WIFI通信模块、对各模块进行供电的电源模块，各模块均与控制模块连接，通过控制模块协调控制。

[0014] 采用以上所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法的智能黑板擦组件，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括AIoT图形识别控制终端和装在黑板上方可拍摄黑板正面图像的摄像头，黑板擦和摄像头分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接。

[0015] 发明的有益效果是：

[0016] 本发明的基于AIoT技术的黑板擦试方法，摄像头和黑板擦分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接，当需要擦黑板时先用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板的实时图像并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端对接收到的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号，并将得出的擦除路径控制信号发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹，实现根据黑板上笔迹的分布情况设定最优的擦拭路径，黑板擦以最优路径擦拭笔迹，提高擦拭效率，节省擦拭时间，减少擦拭能耗，达到快速、高效且高质的黑板擦拭效果，AIoT图形识别控制终端为安装在电脑的控制软件或手机上的控制APP，利用物联网实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。

附图说明

[0017] 图1为AIoT图形识别控制终端将摄像头拍摄的实时照片转换成灰度图并在灰度图上建立笛卡尔坐标系的示意图。

[0018] 图2为单独的黑板区图片。

[0019] 图3为网格分割法将黑板区图片均分的示意图。

[0020] 图4为图像矩阵放大逼近的示意图。

[0021] 图5为数据链表的示意图。

[0022] 图6为黑板擦的结构框图。

具体实施方式

[0023] 下面结合图1 6对本发明的实施例做详细说明。~

[0024] 基于AIoT技术的黑板擦试方法，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括与黑板擦信号传输连接的AIoT图形识别控制终端和可拍摄黑板正面图像且与AIoT图形识别控制终端信号传输连接的摄像头，AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像，再对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号并发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹。

[0025] 以上所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法，摄像头和黑板擦分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接，当需要擦黑板时先用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板的实时图像并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端对接收到的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号，并将得出的擦除路径控制信号发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹，实现根据黑板上笔迹的分布情况设定最优的擦拭路径，黑板擦以最优路径擦拭笔迹，提高擦拭效率，节省擦拭时间，减少擦拭能耗，达到快速、高效且高质的黑板擦拭效果，AIoT图形识别控制终端为安装在电脑的控制软件或手机上的控制APP，利用物联网实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。

[0026] 其中，“AIoT图形识别控制终端通过摄像头获得黑板的实时图像”具体是指：用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板正面实时照片并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系，再在灰度图中提取黑板区的图像。AIoT图形识别控制终端与摄像头信号传输连接，向摄像头发送拍摄信号，摄像头即拍摄黑板正面实时照片并发送给AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端先将实时照片转为灰度图并建立坐标系，再计算得出最优的擦除路径，形成擦除路径控制信号发送至黑板擦，黑板擦接收到控制信号后即按相应路径对黑板笔迹进行擦拭。

[0027] 其中，“AIoT图形识别控制终端将实时照片转为灰度图并建立坐标系”是指AIoT图形识别控制终端先将照片转换为灰度图，再在灰度图上建立笛卡尔坐标系，笛卡尔坐标系的原点（x,y）位于灰度图的一角，灰度图以矩阵的方式存储。AIoT图形识别控制终端接收到摄像头传输的实时照片，先将照片转为灰度图，灰度图以矩阵的方式存储，每个像素点一个字节是一个一维的矩阵，灰度图并不会损失图像信息，并且相比于彩色图其颜色变化更少，可减少计算量，加快计算的速度，提高图片处理和计算的效率。

[0028] 其中，“在灰度图中提取黑板区的图像”是指：采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据，再根据黑板区数据形成黑板区图片。根据灰度图中黑板区的坐标来提出黑板区的图片。

[0029] 其中，“采用opencv工具和python语言程序对灰度图进行处理得到黑板区数据”是指使用对象逼近的方式提取灰度图中的黑板区，得到黑板区相对于笛卡尔坐标系原点(x,y)的坐标和黑板区的宽高（w,h）；“根据黑板区数据形成黑板区图片”是指：在笛卡尔坐标系中提取黑板区的数据，使用矩阵的flag[x:x+w,y:y+h]来提取黑板的图像数据，根据黑板数据能形成单独的黑板区图片。采用opencv工具和python语言程序对图片进行处理，提取出整个黑板区，提取的方式按照传统的图像处理方式处理，使用对象逼近的方式进行提取，对象逼近时可能存在多个区域，选取面积最大的区域进行提取，此时图像中黑板区的区域最大，会得到提取之后的黑板区相对于坐标系原点原点的（x,y）坐标和黑板区的宽高（w,h），再在笛卡尔坐标系中提取黑板区的数据，使用矩阵的flag[x:x+w,y:y+h]来提取黑板的图像数据，根据黑板数据能形成单独的黑板区图片。

[0030] 其中，“对黑板的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号”是指先用网格分割法将黑板区图片均分成与黑板擦覆盖面积相适应的若干小图，每个小图为笛卡尔坐标系中的一个图像矩阵，再根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号。用网格分割法将黑板区图片均分成若干小图，每个小图的宽度等于黑板擦宽度，长度等于黑板擦的长度，使每个小图的面积与黑板擦覆盖面积相适应，每个小图为笛卡尔坐标系中的一个图像矩阵，对每个图像矩阵进行逼近查看其无有笔迹，将有笔迹和无笔迹的图像矩阵列区分记录形成数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号。

[0031] 其中，“根据每个图像矩阵列中有无笔迹建立数据链表，利用数据链表计算出黑板擦的擦除路径控制信号”具体是指采用边缘计算方法或对象逼近方法查看每个图像矩阵中是否有笔迹，将有笔迹的图像矩阵用1表示，将无笔迹的图像矩阵用0表示，建立数据链表，根据黑板擦在黑板区的位置并利用数据链表的搜索最优路径算法计算出黑板擦的擦除路径并形成控制信号。通过网格分割法将黑板区分割成网格化的若干个图像矩阵，形成数据链表的过程中具有笔迹的图像矩阵用1表示，无笔迹的图像矩阵用0表示，以形成0，1为代号的数据链表，根据黑板擦在黑板区的位置并利用数据链表的搜索最优路径算法计算出的黑板擦擦除路径就是从黑板擦所在位置开始在黑板上移动的最优擦除路径，黑板擦沿最优擦除路径在黑板上移动擦拭笔迹，对有笔迹区域进行擦拭，而无笔迹区域不擦拭，黑板擦在黑板上移动擦除路径最短，用时短、效率高，能耗小。

[0032] 其中，AIoT图形识别控制终端为手机上的控制APP或电脑上的控制软件，AIoT图形识别控制终端与黑板控和摄像头分别为WIFI无线信号传输连接。AIoT图形识别控制终端为安装在电脑的控制软件或手机上的控制APP，利用WIFI无线信号实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。

[0033] 其中，所述的黑板擦包括控制黑板擦动作的控制模块、用于擦拭笔迹的擦除模块、驱动黑板擦在黑板上移动的动力模块、用于吸尘的吸尘模块、用于判定黑板边刷的边界传感判定模块、与AIoT图形识别控制终端实现WIFI无线信号传输连接的WIFI通信模块、对各模块进行供电的电源模块，各模块均与控制模块连接，通过控制模块协调控制。WIFI通信模块用于信号的传输，控制模块通过WIFI通信模块接收AIoT图形识别控制终端发送的控制信号，或向AIoT图形识别控制终端的发送信号，接收到AIoT图形识别控制终端发送的控制信号后控制模块控制动力模块、擦除模块、吸尘模块运行，在黑板上移动擦拭笔迹，边界判定模块是通过传感器采集到黑板边界线，并将采集到的信号传输至控制模块，控制模块对动力模块进行控制，防止黑板刷跑出工作区域。

[0034] 采用以上所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法的智能黑板擦组件，包括可在黑板上自行运动擦拭笔迹的黑板擦，其特征在于：还包括AIoT图形识别控制终端和装在黑板上方可拍摄黑板正面图像的摄像头，黑板擦和摄像头分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接。以上所述的智能黑板擦组件中摄像头和黑板擦分别与AIoT图形识别控制终端信号传输连接，当需要擦黑板时先用AIoT图形识别控制终端控制摄像头拍摄黑板的实时图像并传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端对接收到的实时图像进行处理、计算得出黑板擦的擦除路径控制信号，并将得出的擦除路径控制信号发送至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹，实现根据黑板上笔迹的分布情况设定最优的擦拭路径，黑板擦以最优路径擦拭笔迹，提高擦拭效率，节省擦拭时间，减少擦拭能耗，达到快速、高效且高质的黑板擦拭效果，AIoT图形识别控制终端为安装在电脑的控制软件或手机上的控制APP，利用物联网实现AIoT图形识别控制终端与摄像头、黑板擦的信号传输及控制，提高黑板擦的智能化水平。

[0035] 下面通过一个实例施对详细说明以上所述的基于AIoT技术的黑板擦试方法的实施过程：

[0036] 一、通过摄像头将黑板所在的区域进行拍摄，黑板位于拍摄的照片之中，摄像头将照片传输至AIoT图形识别控制终端，AIoT图形识别控制终端先将照片转换成灰度图，再在灰度图上建立笛卡尔坐标系，如图1所示；

[0037] 二、AIoT图形识别控制终端中对灰度图进行处理形成单独的黑板区图片，如图2所示；

[0038] 三、采用如图3所示的网格分割法将黑板区图片均分成与黑板擦覆盖面积相适应的若干小图；

[0039] 四、每个小图为笛卡尔坐标系中的一个图像矩阵，利用边缘计算方法或对象逼近方法查看每个图像矩阵中是否有笔迹，如图4所示；

[0040] 五、将有笔迹的图像矩阵用1表示，将无笔迹的图像矩阵用0表示，建立数据链表，如图5所示；根据黑板擦在黑板区的位置并利用数据链表的搜索最优路径算法计算出黑板擦的擦除路径并形成控制信号；

[0041] 六：AIoT图形识别控制终端将控制信号传输至黑板擦，控制黑板擦在黑板上以相应路径擦拭笔迹，实现黑板擦以最优路径擦拭笔迹。

[0042] 以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。