CN102063617A - 基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，有设置在自动巡检机器人上的：RFID书架号采集系统，用于提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统；书籍图像识别与处理系统，用于采集书籍图像的控制信号，避免由于不同系统的启动时间不同导致某层书架书籍图像采集的缺失；自动巡检机器人控制与传动系统，用于接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障信息。本发明可以在无人控制的情况下自动运行，因此不论是图书馆开馆期间还是闭馆期间都可以运行，有效地提高上架书籍盘点和发现错架书籍的效率，节省大量人力。巡线自动行驶小车能够按照地面上施划的标线运行，因此不需要对图书馆的地面做任何其他方面的改造。

Description

基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种自动巡检机器人。特别是涉及一种应用于图书馆进行全自动的书籍盘点和查找错架书籍的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人。

背景技术

在使用条码技术管理书籍的图书馆中，在进行上架书籍盘点操作时需要将每本图书从书架上取下，翻开书页找到粘贴条码的位置，再使用条码扫描仪对准条码进行扫描，这种操作流程造成盘点的效率非常低下，对于很多图书馆来说，全面的盘点耗时长久，需要闭馆，基本是不可能实现的(王颖.基于RFID图书馆管理系统的设计及业务逻辑层与数据访问层的实现.天津大学，2009)。发现错架书籍(注：错架书籍是指在书架上未按照规定位置和方式摆放的书籍)除了靠管理人员的经验外，也要使用条码扫描仪对每本图书的条码进行扫描，其过程与盘点相似。

在使用RFID技术管理书籍的图书馆中，可以借助手持RFID读卡器等对上架书籍进行盘点(Jay Singh，Navjit Brar，Carmen Fong.The State of RFID Applications in Libraries[J].Information Technology and Libraries，2006，25(1)：24-32)(Shien-Chiang Yu.Implementation of an innovative RFID application in libraries.Library Hi Tech[J]，2008，26(3)：398-410)。使用手持RFID读卡器进行人工巡检时，由于RFID技术具有非接触读写的特点，只需借助手持RFID读卡器沿书脊移动就可以对上架书籍进行统计，也可以发现错架书籍。但是，使用手持RFID读卡器进行人工巡检要求所有书籍都必须粘贴RFID标签，RFID读卡器不能在使用条形码技术的一般图书馆使用。另外，使用手持RFID读卡器只能进行人工巡检，并不能进行自动巡检。

尽管使用RFID技术管理图书比使用条形码管理图书有更多的好处，但是目前绝大多数图书馆都是使用条形码技术管理图书，如果将使用条形码技术的图书馆完全改造成使用RFID技术的图书馆需要比较大的资金投入，特别是对藏书量巨大的图书馆，仅RFID标签一项的费用就非常可观。

图书馆全开架的管理方式，提高了读者查找和阅读图书的方便性。由于在全开架的图书馆中读者自行取放书籍，所以书籍被放错位置的情况在所难免，也会出现书籍丢失的情况。如果图书馆不能保证书籍被放置在正确的架位的话，那么读者和管理员都将难以在图书馆书的“海洋”中找到所需要的或指定的书籍(崔建伟，宋爱国，庄皓兰，黄周弟.机器人技术在图书馆自动化系统中的应用研究[J].机器人技术与应用，2009，6：33-35)。除非对上架书籍进行全面盘点，否则无法确认是否有书籍丢失。全开架的管理方式在给读者提供方便性的同时，也给图书馆书籍盘点和整理错架书籍等带来巨大的工作量。越来越多的图书馆采用或准备采用开架借阅图书的管理方式，但是开架带来的书籍盘点和整理错架书籍的巨大工作量在一定程度上阻碍了开架借阅图书管理方式的推行。

目前，在使用条形码技术的图书馆中，进行书籍盘点和查找错架书籍时，由人工使用条码扫描仪逐本扫描书籍上的条形码，从而获得每本书籍的信息；在使用RFID技术的图书馆中，进行书籍盘点和查找错架书籍时，由人工使用RFID读卡器沿着书籍的书脊移动，从而获得每本书籍的信息。不论是使用条形码技术的图书馆，还是使用RFID技术的图书馆，在进行书籍盘点和查找错架书籍时都由人工操作完成。

基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人借助自动小车、图像处理、模式识别、数据库、无线网络和RFID等技术能够自动巡检所有书架上的书籍，对书籍进行盘点并找出所有错架书籍，向图书管理人员报告书籍盘点结果和错架书籍的位置，管理人员根据错架书籍的位置报告，可以非常容易地找到错架书籍，为图书盘点和整理错架书籍提供方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效地提高上架书籍盘点和发现错架书籍的效率，能够大量节省人力的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人。

本发明所采用的技术方案是：一种基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，包括有设置在自动巡检机器人上的：

RFID书架号采集系统，用于提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统；

书籍图像识别与处理系统，用于采集书籍图像的控制信号，避免由于不同系统的启动时间不同导致某层书架书籍图像采集的缺失；

自动巡检机器人控制与传动系统，用于接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障信息；

电源系统，用于分别向RFID书架号采集系统、书籍图像识别与处理系统和自动巡检机器人控制与传动系统提供电源。

所述的RFID书架号采集系统包括：

RFID读卡器，通过非接触式方式读取粘贴在书架固定位置的RFID标签，从而获取当前书架信息；

RFID书架号采集模块，将RFID读卡器读出的RFID标签信息通过解析，提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统；

所述的书籍图像识别与处理系统包括：

摄像/照相系统和辅助照明系统，用于采集书籍图像信号；

计算机系统与无线网络传输系统，接收摄像/照相系统和辅助照明系统所采集的书籍图像信号进行识别后，再分别进行统计和判别。

所述的计算机系统与无线网络传输系统包括：

书籍图像识别模块，包括采集书籍图像，提取与识别书名，发现和处理异常放置书籍；

书籍统计模块，包括统计上架书籍信息和统计丢失书籍信息；

错架书籍判定模块，包括检索书籍的书号与架位号，分析错架书籍，错架书籍报告。

每个自动巡检机器人上设置有一个以上的书籍图像识别与处理系统。

当每个自动巡检机器人上设置有1个以上的书籍图像识别与处理系统，是采用堆叠的方式进行设置。

每个自动巡检机器人上设置的1个以上的书籍图像识别与处理系统是同时启动该自动巡检机器人上所有书籍图像识别与处理系统的摄像/照相系统和辅助照明系统。

所述的自动巡检机器人控制与传动系统，包括巡线自动行驶控制系统和传动与转向系统两部分，其中：

巡线自动行驶控制系统，包括有：巡线照明系统，连接电源系统用于照明；巡线系统，通过摄像头/光敏器件获取粘贴在地面上的机器人运行线路标志信息，并将机器人运行线路标志信息传送给方向控制系统；方向控制系统，接收巡线系统发送的机器人运行线路标志信息，用于控制自动巡检机器人的方向；远程受控系统，通过无线网络与控制中心计算机系统相连接，接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障等信息；

传动与转向系统，包括电机驱动系统，与自动巡检机器人的转向装置和主动轮相连接，用于驱动自动巡检机器人的运行；传动系统控制步进电机的运行，使自动巡检机器人按照一定的速度运行，转向机构控制转向步进电机的运行，用于驱动自动巡检机器人的转动方向。

所述的电源系统包括：电池组、充电系统和电源。

本发明的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，使用图像识别技术，不需要对一般图书馆使用的条形码管理方式进行任何改变，因此使用图像识别技术进行上架书籍盘点和发现错架书籍的方法更容易在一般图书馆推广使用。本发明可以在无人控制的情况下自动运行，因此不论是图书馆开馆期间还是闭馆期间都可以运行，能够有效地提高上架书籍盘点和发现错架书籍的效率，能够大量节省人力。本发明的巡线自动行驶小车能够按照地面上施划的标线运行，因此除了需要在图书馆的地面上施划引导自动行驶小车运行的标线外，不需要对图书馆的地面做任何其他方面的改造。而且，在进行上架书籍巡检时巡线自动行驶小车的速度不会很快，即使巡线自动行驶小车与读者和管理人员偶然发生碰撞也不会发生安全问题。

附图说明

图1是本发明的整体构成框图；

图2是本发明的书籍图像识别与处理系统框图；

图3是本发明的自动巡检机器人主要部件安装位置示意图；

图4是自动巡检机器人巡检线路设计示例。

其中：

1：RFID书架号采集系统              2：书籍图像识别与处理系统

21：摄像/照相系统和辅助照明系统    22：计算机系统与无线网络传输系统

221：书籍图像识别模块              222：书籍统计模块

223：错架书籍判定模块              3：自动巡检机器人控制与传动系统

4：电源系统                        5：自动巡检机器人

6：巡检线路                        7：书架

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人做出详细说明。

如图1所示，本发明的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，包括有设置在自动巡检机器人上的：RFID书架号采集系统1，用于提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统2；书籍图像识别与处理系统2，用于采集书籍图像的控制信号，避免由于不同系统的启动时间不同导致某层书架书籍图像采集的缺失；自动巡检机器人控制与传动系统3，用于接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障信息；电源系统4，用于分别向RFID书架号采集系统1、书籍图像识别与处理系统2和自动巡检机器人控制与传动系统3提供电源。具体的：

所述的RFID书架号采集系统1包括：RFID读卡器，通过非接触式方式一般在10cm范围之内读取粘贴在书架固定位置的RFID标签，从而获取当前书架的编号信息，在本系统中，每个书架只粘贴一个RFID标签，因此每个自动巡检机器人上只安装一个RFID读卡器就可以；RFID书架号采集模块，将RFID读卡器读出的RFID标签信息通过解析，提取出书架编号信息，并传送给书籍图像识别与处理系统。

如图2所示，本发明所述的书籍图像识别与处理系统2包括：

摄像/照相系统和辅助照明系统21，用于采集书籍图像信号；计算机系统与无线网络传输系统22，接收摄像/照相系统和辅助照明系统21所采集的书籍图像信号进行识别后，再分别进行统计和判别。其中，所述的计算机系统与无线网络传输系统22包括：

书籍图像识别模块221，包括采集书籍图像，提取与识别书名，发现和处理异常放置书籍(书名朝内放置、书籍横向放置、书籍头朝下放置等)；书籍统计模块222，包括统计上架书籍信息和统计丢失书籍信息；错架书籍判定模块223，包括检索书籍的书号与架位号，分析错架书籍，错架书籍报告。

一个书籍图像识别与处理系统2在运行时只能处理一层书架上的书籍，因此在一个自动巡检机器人上可以安放多个书籍图像识别与处理系统2，即，每个自动巡检机器人上设置有一个以上的书籍图像识别与处理系统2，以便同时处理多层书架上的书籍。

一个自动巡检机器人上具体安装几个书籍图像识别与处理系统2，需要根据被巡检的书架的层数决定可堆叠的数量。例如：对于5层的书架，就需要在自动巡检机器人上安装5个可堆叠书籍图像识别与处理系统2。为了方便安装，书籍图像识别与处理系统2封装为单独的机箱，形成相对独立可堆叠的系统模块。

如图3所示，当每个自动巡检机器人上设置有1个以上的书籍图像识别与处理系统2，是采用堆叠的方式进行设置。

每个自动巡检机器人上设置的1个以上的书籍图像识别与处理系统2是同时启动该自动巡检机器人上所有书籍图像识别与处理系统2的摄像/照相系统和辅助照明系统21。

当自动巡检机器人运动到一个书架开始位置时，系统发出启动书籍图像识别与处理系统2开始采集书籍图像的控制信号。如果自动巡检机器人上安装了多个书籍图像识别与处理系统2的话，系统发出的控制信号应同时启动所有书籍图像识别与处理系统2中的摄像/照相系统和辅助照明系统21，避免由于不同系统的启动时间不同导致某层书架书籍图像采集的缺失。

所述的自动巡检机器人控制与传动系统3，包括巡线自动行驶控制系统和传动与转向系统两部分，其中：

巡线自动行驶控制系统，包括有：巡线照明系统，连接电源系统4用于照明；巡线系统，通过摄像头/光敏器件获取粘贴在地面上的机器人运行线路标志信息，并将机器人运行线路标志信息传送给方向控制系统；方向控制系统，接收巡线系统发送的机器人运行线路标志信息，用于控制自动巡检机器人的方向；远程受控系统，通过无线网络与控制中心计算机系统相连接，接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障等信息；

传动与转向系统，电机驱动系统，与自动巡检机器人的转向装置和主动轮相连接，用于驱动自动巡检机器人的运行；传动系统控制步进电机的运行，使自动巡检机器人按照一定的速度运行，转向机构控制转向步进电机的运行，用于驱动自动巡检机器人的转动方向。

所述的电源系统4(电池或电源)包括：电池组、充电系统和电源。自动巡检机器人在运行过程中依靠携带的电池组供电，电池组要负责为自动巡检机器人中的各个部件供电。电池组要提供自动巡检机器人所需的不同电压要求，能够充电并且要保证能够持续供电较长的时间。

本发明的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，的整体设置位置如下：

1.RFID读卡器的位置与摄像/照相系统的位置关系

RFID读卡器的安装位置应该更靠近自动巡检机器人的前部并且安装高度要与粘贴在书架上的RFID标签等高。

摄像/照相系统的安装高度(主要是摄像机镜头/照相镜头所处的位置)应该处于一层书架的中间位置，即书架高度的1/2处，以兼顾不同开本书籍图像的获取。如果在一个自动巡检机器人上安装多个书籍图像识别与处理系统2，要求每个书籍图像识别与处理系统中的摄像/照相系统必须处于相同的垂直位置。

书籍图像识别与处理系统2应该安装在RFID读卡器的后面(相对于自动巡检机器人前进方向而言)，基本位于自动巡检机器人的中部。各部件的安装位置可参考图3。

2.用书架号作为摄像/照相系统的启动信号

自动巡检机器人在不同书架之间移动时，需要知道是否已进入新的书架区域。由于RFID读卡器能够最先获得新书架的书架号，因此可以用书架号作为摄像/照相系统的启动信号。

3.基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人巡检路线设计

由于基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人只在一个侧面安装了用于图像采集的照相或摄像系统，因此在设计巡检路线时要确保机器人始终是以安装了照相或摄像系统的那个侧面朝向书架，且机器人距离书架应该保持固定且一致的距离。

由于基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人需要一定的转弯半径，因此书架与书架之间的距离要足够机器人转弯，并且巡检路线的设计应尽量减少转弯的次数。图4是巡检线路设计的一个示例。

Claims (9)

1.一种基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，包括有设置在自动巡检机器人上的：

RFID书架号采集系统(1)，用于提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统(2)；

书籍图像识别与处理系统(2)，用于采集书籍图像的控制信号，避免由于不同系统的启动时间不同导致某层书架书籍图像采集的缺失；

自动巡检机器人控制与传动系统(3)，用于接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障信息；

电源系统(4)，用于分别向RFID书架号采集系统(1)、书籍图像识别与处理系统(2)和自动巡检机器人控制与传动系统(3)提供电源。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，所述的RFID书架号采集系统(1)包括：

RFID读卡器，通过非接触式方式读取粘贴在书架固定位置的RFID标签，从而获取当前书架信息；

RFID书架号采集模块，将RFID读卡器读出的RFID标签信息通过解析，提取出书架信息，并传送给书籍图像识别与处理系统；

3.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，所述的书籍图像识别与处理系统(2)包括：

摄像/照相系统和辅助照明系统(21)，用于采集书籍图像信号；

计算机系统与无线网络传输系统(22)，接收摄像/照相系统和辅助照明系统(21)所采集的书籍图像信号进行识别后，再分别进行统计和判别。

4.根据权利要求3所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，所述的计算机系统与无线网络传输系统(22)包括：

书籍图像识别模块(221)，包括采集书籍图像，提取与识别书名，发现和处理异常放置书籍；

书籍统计模块(222)，包括统计上架书籍信息和统计丢失书籍信息；

错架书籍判定模块(223)，包括检索书籍的书号与架位号，分析错架书籍，错架书籍报告。

5.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，每个自动巡检机器人上设置有一个以上的书籍图像识别与处理系统(2)。

6.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，当每个自动巡检机器人上设置有1个以上的书籍图像识别与处理系统(2)，是采用堆叠的方式进行设置。

7.根据权利要求5所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，每个自动巡检机器人上设置的1个以上的书籍图像识别与处理系统(2)是同时启动该自动巡检机器人上所有书籍图像识别与处理系统(2)的摄像/照相系统和辅助照明系统(21)。

8.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，所述的自动巡检机器人控制与传动系统(3)，包括巡线自动行驶控制系统和传动与转向系统两部分，其中：

巡线自动行驶控制系统，包括有：巡线照明系统，连接电源系统(4)用于照明；巡线系统，通过摄像头/光敏器件获取粘贴在地面上的机器人运行线路标志信息，并将机器人运行线路标志信息传送给方向控制系统；方向控制系统，接收巡线系统发送的机器人运行线路标志信息，用于控制自动巡检机器人的方向；远程受控系统，通过无线网络与控制中心计算机系统相连接，接受控制中心的启动、停止等指令，向控制中心传送自动巡检机器人的运行状态和故障等信息；

传动与转向系统，包括电机驱动系统，与自动巡检机器人的转向装置和主动轮相连接，用于驱动自动巡检机器人的运行；传动系统控制步进电机的运行，使自动巡检机器人按照一定的速度运行，转向机构控制转向步进电机的运行，用于驱动自动巡检机器人的转动方向。

9.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的上架书籍自动巡检机器人，其特征在于，所述的电源系统(4)包括：电池组、充电系统和电源。

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