一種機器視覺的書籍分類整理識別系統(tǒng)設(shè)計

華迦睿

(江蘇省南通市第二中學(xué) 江蘇南通 226000)

引言

近年來，隨著人工智能的發(fā)展，機器視覺技術(shù)逐漸滲透到生活的各個方面。機器視覺是一種利用光電成像系統(tǒng)采集圖像信息，然后在計算機或?qū)Ｓ脠D像處理器上運行軟件對圖像信息進行處理的技術(shù)，最后通過識別和分析來判斷目標物體的形狀和大小。機器視覺也可以稱為計算機視覺，它借助計算機實現(xiàn)人體的視覺功能，即用機器代替人眼進行判斷。機器視覺是一種利用光電成像系統(tǒng)采集圖像信息，然后在計算機或?qū)Ｓ脠D像處理器上運行軟件對圖像信息進行處理的技術(shù)，最后對目標對象的形狀和大小進行識別和分析[1]。

而對于外形相似的書籍識別與分類的領(lǐng)域，機器視覺卻應(yīng)用較少[2]。隨著人們對知識的渴求越來越強烈，各種各樣的教輔書、材料書、休閑書層出不窮[3-5]。許多人也因為書籍太多而很難去將它們分類整理，日后需要時卻又很難找到[6-7]。對于傳統(tǒng)的書籍分類，都是需要人類的眼睛大腦進行判斷區(qū)分，然后再用雙手將它們分類[8-9]。這樣非常耗費時間與精力，并且也可能會因身體疲勞或大腦錯辨等因素而出錯。

基于這種常見問題，筆者提出了一種機器視覺的書籍分類整理智能識別系統(tǒng)。其原理是通過VS與OpenCv開發(fā)的智能書籍分類識別算法，對獲取到的書籍圖像進行一系列的預(yù)處理，得到書籍特的二值化圖像。筆者提出了一種基于形態(tài)學(xué)邊緣檢測提取書籍特征信息和分類的算法[10]，從而實現(xiàn)對不同學(xué)科不同專業(yè)的書籍特征信息的檢測和識別。筆者所設(shè)計的書籍分類系統(tǒng)很好地完成了對書籍的識別實驗，達到了書籍分類整理自動化的要求。其在快速識別與自動分類的基礎(chǔ)上，大大減少了人們?yōu)榇怂ㄙM的時間精力，促使人們有序整理，高效學(xué)習(xí)，有較大實用價值。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

從下面的圖中可以看得出，書籍分類系統(tǒng)包含了硬件和軟件和PC端，一共3個部分。具體各個部分的處理流程和功能如下圖。

圖1 系統(tǒng)拓撲圖

二、系統(tǒng)硬件

(一)工業(yè)相機

根據(jù)書籍封面是平面，并且不是動態(tài)物體的特點，獲取書籍圖像的硬件的型號，筆者選取的是MER-531-20GM/C-P的530的攝像頭，次攝像頭獲取書籍圖像的速度大小是20fps，具體結(jié)構(gòu)圖如下圖。

圖2 MER-531-20GM/C-P

下面的圖顯示的是該系統(tǒng)所選取的攝像頭對不同顏色的光的敏感程度曲線。

圖3 MER-531-20GM/C-P的敏感程度曲線

(二)鏡頭

同樣在獲取書籍圖像的過程中，配合攝像頭使用的鏡頭也是非常重要的。筆者根據(jù)實際需求選取鏡頭為OPI-C0420-2M，其獲取圖像的理論大小可表示為200萬像素。

圖4 200像素定焦鏡頭

(三)光源

實際上，書籍的顏色有多種多樣，筆者選用型號為OPTLI10810的條形白光光源來配合圖像采集。其消耗功率小，燈帶角度90°，避免了單色光對拍攝書籍封面時產(chǎn)生錯誤的色光。

圖5 條形光源

(四)傳感硬件

在系統(tǒng)中個傳感硬件都是非常重要的，筆者將個傳感硬件的具體參數(shù)進行了列表分析。

表1 硬件型號與參數(shù)

三、系統(tǒng)軟件

(一)軟件框架設(shè)計

由環(huán)形光源照射書籍的封面。采集到的圖像通過預(yù)處理部分進行形態(tài)學(xué)處理、圖像去噪、轉(zhuǎn)化為二值化圖像和邊緣檢測一系列處理。最后，由軟件的識別檢測部分對書籍封面信息進行識別檢測，得出并顯示結(jié)果。

圖6 系統(tǒng)軟件交互圖

(二)軟件系統(tǒng)界面設(shè)計

筆者所提出的機器視覺的書籍分類整理智能識別系統(tǒng)，包含硬件部分和軟件部分。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，筆者利用軟件開發(fā)平臺VS2010軟件開發(fā)平臺設(shè)計開發(fā)了軟件系統(tǒng)的界面。如下圖所示為系統(tǒng)的主功能界面，主要分為圖像顯示窗口、識別結(jié)果顯示窗口，系統(tǒng)開始功能按鈕，系統(tǒng)停止按鈕功能鍵。

圖7 系統(tǒng)功能界面圖

四、試驗與分析

考慮到書籍封面是膠裝封面或銅板紙且表面光滑會反光，并且不同學(xué)科、不同專業(yè)的學(xué)籍的書名不一樣，中文與英文書籍的書名也不一樣。因此，為了驗證系統(tǒng)的可靠性，筆者進行了相關(guān)實驗。采用系統(tǒng)分別識別2批數(shù)量相同的書籍圖像，記錄系統(tǒng)識別2組所用的時間，識別正確率。實驗結(jié)果如下表。

表2 試驗結(jié)果

從表格中可以看出，系統(tǒng)識別檢測2組書籍所用的時間在230s以內(nèi)，識別速度快，誤檢率在8%以內(nèi)，識別準確率較高。

五、總結(jié)

從上面的測試結(jié)果中可以看得出，筆者設(shè)計的識別系統(tǒng)所用的時間基本上都在230s以內(nèi)，識別速度快，誤檢率在8%以內(nèi)，識別準確率較高。因此，其基本上實現(xiàn)了獨立對不同學(xué)科、不同類型的數(shù)據(jù)的識別和檢測，有較大的圖書識別推薦價值。