基于Darknet框架的智能識別無機(jī)LED屏的設(shè)計

陳麗君，李正生，陳紹俊，黃斌，石玉寶

(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江 332007)

一、研究背景

隨著光電技術(shù)的快速發(fā)展，LED屏在廣告?zhèn)髅健⒊鞘辛粱⒌罔F站等公共場所都得到了廣泛的應(yīng)用〔1〕。目前國內(nèi)外多采用傳統(tǒng)LED屏作為顯示載體。傳統(tǒng)LED屏將多顏色的發(fā)光體焊接在PCB電路板上，通過信號的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)不同信息的顯示，但缺點(diǎn)是該類型的LED屏存在通透性差無法采光、美觀性差、能耗高、易燃燒、功能單一等問題〔2〕。

針對傳統(tǒng)LED屏所存在的問題，國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)出了格柵屏和貼膜LED屏等結(jié)構(gòu)的透明有機(jī)LED屏。將LED發(fā)光體或發(fā)光膜粘貼在透明有機(jī)板上，通透率可達(dá)30%～60%，功耗為傳統(tǒng)LED屏的40%～50%。透明有機(jī)LED屏憑借其優(yōu)點(diǎn)，在一些領(lǐng)域內(nèi)逐步取代傳統(tǒng)LED屏。但是，透明LED有機(jī)屏由于采用粘貼工藝，LED膜片容易脫落，使用壽命短、故障率高、維修成本高。同時，透明LED有機(jī)屏易燃燒、在密閉環(huán)境中燃燒會產(chǎn)生大量有毒有害氣體，存在較大安全隱患。另外，市場上現(xiàn)有的LED屏僅能實現(xiàn)圖像信息的顯示，功能單一，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能控制等功能，信息投放者無法監(jiān)控所投放的信息被用戶接受程度〔3〕。

為了解決LED屏所存在的問題，本團(tuán)隊研制了一款智能識別無機(jī)LED屏——采用Darknet框架編寫圖像智能識別軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、反饋等功能，賦予LED屏智慧大腦，提高LED屏的智能化，便于用戶判斷信息受眾的特征、人流量，推進(jìn)顯示行業(yè)的智能化進(jìn)程。

二、總體方案設(shè)計

智能識別無機(jī)LED屏結(jié)構(gòu)如圖1所示。以玻璃基電路絲網(wǎng)印刷工藝代替現(xiàn)有LED玻璃屏的激光刻蝕工藝，以光電玻璃無機(jī)屏作為顯示載體替代傳統(tǒng)有機(jī)PCB電路板；無機(jī)屏主要由兩層玻璃及中間電路層組成，具有安全且不易燃燒，同時又保證了屏幕透光性的優(yōu)勢，避免燃燒產(chǎn)生有毒氣體造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失；將智能識別系統(tǒng)和管理平臺集成在無機(jī)LED顯示屏，用于采集信息收集人員的特征數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多屏物聯(lián)，數(shù)據(jù)共享。

1.管理平臺 2.智能識別裝置 3.無機(jī)LED屏圖1 智能識別無機(jī)LED屏結(jié)構(gòu)圖

(一)功能要求

通常LED屏采用有機(jī)PCB作為LED發(fā)光體的安裝板，通透性差，燃燒時會產(chǎn)生大量的有害氣體，不宜室內(nèi)安裝使用；傳統(tǒng)LED屏多采用導(dǎo)線作為供電傳輸介質(zhì)，導(dǎo)致顯示屏幕線路雜亂、故障率高、能耗高。為此，LED無機(jī)顯示屏的主要功能要求有以下幾點(diǎn)：1.通透性高、采光性好；2.不易燃燒，多場合使用；3.美觀整潔，故障率低、易維護(hù)；4.能耗低，不易發(fā)熱。

(二)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)LED顯示屏的功能要求、電路印制工藝及LED芯片封裝工藝〔4〕，本團(tuán)隊對LED顯示屏的電路和線路進(jìn)行工藝升級設(shè)計。實物如圖2所示，主要由室內(nèi)玻璃、銀漿電路、發(fā)光芯片、室外玻璃、上固定座、下固定座構(gòu)成。

1.室內(nèi)玻璃 2.銀漿電路 3.發(fā)光芯片 4.室外玻璃5.上固定座 6.下固定座圖2 無機(jī)LED屏實物圖

室內(nèi)玻璃選取未鋼化的無機(jī)玻璃作為電路基片，采用60%～85%銀粉配比一定量的甲基咪唑、松油醇、聚酰胺蠟等材料制成導(dǎo)電銀漿作為導(dǎo)電介質(zhì)，將高溫銀漿通過絲網(wǎng)模具加工印制在室內(nèi)玻璃表面，極大程度上減少了屏幕導(dǎo)線的布置。用銀漿電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PCB電路，既提升顯示屏幕的美觀性、通透率，又節(jié)省成本30%，同時加工效率提高了45%。

(三)主要技術(shù)參數(shù)

無機(jī)LED屏的主要技術(shù)參數(shù)見表1，可根據(jù)現(xiàn)場使用要求和客戶需求實現(xiàn)部分參數(shù)的個性化定制。1.屏幕的外形尺寸取決于用戶安裝現(xiàn)場；2.屏幕的工作電壓由芯片個數(shù)和現(xiàn)場電壓確定；3.LED芯片點(diǎn)間距由工作環(huán)境亮度和顯示精度確定；4.信號接口取決于外圍輸出設(shè)備，可多個接口更換。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

三、智能識別系統(tǒng)的設(shè)計

(一)功能要求

現(xiàn)有的LED屏只能完成圖像的顯示功能。為了豐富屏幕的使用功能和提高產(chǎn)品的智能化，智能無機(jī)LED屏主要功能要求有：

1.智能化程度高，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程操控；

2.精度高，可實現(xiàn)人臉等特征信息參數(shù)的精準(zhǔn)識別獲取；

3.操作簡便，可實現(xiàn)人機(jī)交互。

(二)系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)屏幕的功能要求，團(tuán)隊基于Darknet框架搭建智能識別系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由管理平臺、智能識別裝置構(gòu)成。

1.管理平臺 2.智能識別裝置 3.無機(jī)LED屏圖3 智能識別系統(tǒng)工作流程圖

圖3為本智能識別系統(tǒng)的工作流程圖：管理平臺利用攝像頭作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集各特征參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析人流量與視頻類型，再將數(shù)據(jù)傳入運(yùn)行于Hadoop集群上定制開發(fā)的mapreduce程序做數(shù)據(jù)分類和預(yù)處理，并存儲于Hive中丟棄離散數(shù)據(jù)；統(tǒng)計人群類別與相對應(yīng)的喜好視頻，形成數(shù)據(jù)報表；將數(shù)據(jù)報表可視化顯示在平臺中，用戶則根據(jù)數(shù)據(jù)報表可以自定義廣告播放方案；平臺附有自動生成播放方案功能，可生成最優(yōu)廣告播放方案。

本模塊系統(tǒng)可解決高人群密度、網(wǎng)絡(luò)擁擠或無網(wǎng)絡(luò)信號環(huán)境下，智能模塊無法和云端傳輸數(shù)據(jù)的問題。使用NVIDIV開發(fā)板并采用YOLOv3技術(shù)〔5〕，實現(xiàn)產(chǎn)品離線人體檢測和產(chǎn)品內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析，保證云視覺系統(tǒng)的正常運(yùn)行。NVIDIV開發(fā)板利用實時的視頻流分析人流量，通過4GHAT將物體檢測等數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)跨地域的大數(shù)據(jù)管理和視頻投放。

四、結(jié)語

該款智能識別無機(jī)LED屏主要由無機(jī)LED屏和智能識別采集系統(tǒng)組成，與現(xiàn)有技術(shù)中的LED屏相比，具有以下創(chuàng)新點(diǎn)。

1.采用高導(dǎo)通透明無機(jī)玻璃基電路板代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路板，提升LED屏的通透率、導(dǎo)電率；不易燃燒，提高了屏幕的安全性；降低了LED屏幕的能耗。

2.LED屏智能平臺兼容設(shè)計與優(yōu)化，實現(xiàn)了LED屏的智能化遠(yuǎn)程操控、數(shù)據(jù)采集等多個功能；一機(jī)多用，以智能技術(shù)推動顯示行業(yè)變革，加快智能顯示行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制定。