基于ARM開發板的“慧眼識書”系統

盧建華

摘要：本文介紹了一種基于Android+ARM基本框架的圖書館智能眼系統的設計方法，通過設計該系統，能夠提高學生綜合運用多門專業課程知識，設計計算機應用系統的能力。

關鍵詞：嵌入式系統；慧眼識書；圖像識別；云計算

中圖分類號：G250.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）34-0252-02

據調查，開放式圖書館有大量的書籍被放錯了位置，在大學這種現象尤為嚴重，許多需要找書的人無法在正確的位置找到想要的書。而因為開放式圖書館圖書的數量巨大，現有的使用人力檢測的解決方法必將是一個耗時、耗力的操作；少量圖書館使用了RFID來進行書籍的檢測，但是成本極高，而且RFID本身的識別密度也限制了其檢測速度。

針對上述問題，筆者指導本科在校學生，以Android+ARM為基本平臺，綜合運用多種技術手段，設計了一套低成本、高精度的檢測系統——圖書館智能眼Smart Eyes。通過該系統的設計，能讓學生綜合掌握嵌入式、圖像識別、云計算以及Android等開發技術，最終實現圖書位置的精確識別。Smart Eyes拍攝并識別出書籍的編號，判斷出其具體的位置，篩選出放錯位置的書籍，然后通過無線網絡將識別出的數據發送到云端；云端經過處理后，將數據發送到Android客戶端，由圖書管理員來進行位置錯誤的書籍處理。這樣，一個大型圖書館的圖書整理工作只需要極少的員工，就能完成書籍的正確位置擺放。該系統極大地減輕了圖書館的圖書整理工作，給大型圖書館的管理帶來前所未有的便捷。

一、“慧眼識書”系統設計思路

1.模式識別。模式識別是該系統的基礎，只有清晰地識別出相機拍攝的圖片，準確獲取圖書的標簽號碼，才能解析出圖書信息，進一步判斷該圖書應該放置的正確位置。首先經過灰度化處理，改進的雙邊濾波對每一幅圖片進行預處理，基于遺傳的BP神經網絡提取到目標區域，然后通過OCR技術識別出圖像文字。

2.ARM開發板。作為數據交換橋梁和控制中心，在得到圖像數據后，通過無線網絡，將圖片數據發送至服務器，服務器上有開發好的圖像識別程序，實時進行圖像處理并比對數據庫，找出放錯位置的書籍，并將數據發送至微軟云存儲。

3.Windows Azure云存儲。在云端建立SQL數據庫，把服務器識別出來的位置錯誤的書籍信息存到數據庫中，并利用windows azure的推送功能，把位置錯誤書籍的信息實時推送到客戶端，客戶端在歸位位置錯誤的書籍之后，即可刪除該書籍的信息，云端數據庫也會同步刪除，其他客戶端也會收到該書籍已歸位的信息。

二、“慧眼識書”系統的實現

1.技術路線。該系統的核心是采用高速嵌入式處理器，對設備進行智能化的控制，自動對圖書信息進行采集，并可根據管理員的控制需要，實時地對采集位置進行調整。通過“通用嵌入式組件+面向應用的定制”方式，該系統能夠實現低成本條件下的高效數據采集、初步處理和發送，并能夠以實時的方式來進行調整和控制。隨著圖像識別技術的發展，目前圖片上的文字內容能夠被準確無誤地識別出來，這就給文字提取、識別提供了方便。文字能夠從圖片上提取出來，很多人工智能判斷就可以實施了，圖書館智能眼系統就是通過相機對書架上的圖書進行拍照，利用改進的雙邊濾波，BP神經網絡等算法對圖書的標簽區域進行定位，并識別出該圖書的編號，獲取該圖書的正確位置信息。

云計算技術在近年來的發展可謂突飛猛進，云計算為人們的生活提供了方便，該系統通過微軟云的通知中心提供推送功能，可以實時地把書架信息推送給每一個客戶端，避免了單獨與每一個客戶端通信給服務器造成的過大壓力，且避免了數據容易丟失的問題。通過云計算，將大量的數據集中在云端；對云端數據進行挖掘和分析，從而根據數據分布和可視化的大數據表達方式給圖書管理提供必要的支撐。

基于移動計算技術的客戶端實現。該系統的客戶端可以是任何接入網絡的設備，包括筆記本，平板電腦，甚至是手機。數據采集和識別都是自動完成，處理結果由云端推送到具體的設備上，實現同步。管理人員只要攜帶著這樣一部設備，就可以查看到所有圖書的位置，并根據推送的信息得到當前不在正確位置的圖書信息，然后選擇歸位某本圖書。圖書歸位完成后，原圖書位置錯誤信息在隨后的掃描中自動更正。同時，該操作也會在所有的設備中進行同步。

2.系統的實現方法?！盎垩圩R書”系統包括圖像采集裝置、數據傳送裝置、中央數據處理裝置、數據分發裝置、數據顯示裝置。

圖像采集裝置由懸掛導軌、步進電機、升降桿、攝像頭、ARM開發板構成，通過ARM開發板控制步進電機，帶動攝像頭按預定的速率在懸掛導軌上移動，并拍攝圖書照片。

如圖1所示，主要機械裝置包括側向滑軌1、懸掛導軌2、滑塊3、滑動頭4和升降桿5。懸掛導軌2架設在兩個側向滑軌1之間，材質為不銹鋼，根據圖書館書架的個數和長度具體情況，規格不同。滑塊3內部兩側鋼珠填充，可在側向滑軌上滑動。升降桿5頂部裝有滑動頭4，可在懸掛導軌2上左右滑動，可采用鋁合金或者塑料等材質，完全伸縮的長度由圖書館書架高度決定。升降桿5下端掛有相機。相機像素不小于500萬，保證拍照的清晰度。

數據傳送裝置可以通過無線的方式將采集到的圖像數據進行發送，目前大量的圖書館已架設內部WIFI網絡，可以利用WIFI模塊將數據發送到中央數據處理裝置。

中央數據處理裝置包括圖像數據處理模塊，圖像采集裝置采集到圖像后，通過數據傳送裝置，經有線或無線模塊將圖像傳送到圖像數據處理模塊進行實時識別；除了識別出索引號之外，還可獲取圖書的名稱、出版社等信息，并記錄當前書籍的位置信息，包括書架號和欄號，再將錯誤放置的信息和應正確放置的位置發送給數據分發裝置。

數據分發裝置將中央數據處理裝置識別的信息分發到數據顯示裝置。

數據顯示裝置是管理人員手持的安卓手機、IOS手機等移動終端設備或圖書館管理用PC機。

數據采集系統以ARM開發板為中心，ARM開發板中導入寫好的控制程序，由ARM發出命令控制步進電機的轉動，由步進電機帶動相機在導軌上移動，以達到對每個書架的掃描，導軌位于圖書館每層頂部，具體鋪設路徑根據每個圖書館情況而定。

相機通過數據線與ARM開發板相連，每當相機拍攝一張圖片數據，即時傳送到ARM開發板中。ARM開發板作為數據交換橋梁和控制中心，在得到圖像數據后，通過無線網絡，將圖片數據發送至服務器。

服務器上有開發好的圖像識別程序，實時進行圖像處理并比對數據庫，找出放錯位置的書籍，并將數據發送至微軟云存儲。

微軟云上的數據馬上通過推送功能，推送至客戶端。圖書管理員在辦公時，只需根據客戶端提供的錯書列表即可找到放錯位置的圖書，錯書列表中提供的數據包括放錯位置書籍的當前位置，和該書籍應該放置的位置。

通過該系統輔助，管理員不需要花費大量時間到每個書架上去查找放錯位置的書籍，大大地節省了時間和精力。

三、結束語

通過該系統的設計，能夠讓學生將所學的多門專業課程知識融會貫通，極大地提高了學生的實踐動手能力。

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