CN107038425A - 基于机器视觉的智能餐厅的结算系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，由餐厅智能结算装置、后台结算中心平台组成，餐厅智能结算装置的结算平台上放置托盘，托盘内放置餐具碗等，视频文件拍摄和读取装置固定在结算平台放置餐具碗和各色圆盘区域上方，后台结算中心平台通过读取视频流，提取出关键帧的有效图像，并对关键帧的有效图像去除噪声，灰度变换，模糊处理，通过遍历图像，使用霍夫变换，模糊神经网络算法识别出具有特定形状和颜色的餐具，从而根据预先对餐具标定的价格计算出消费总额；使消费者可根据后台结算中心平台界面显示的消费总额提示刷卡消费。由于无需对现有餐具做任何改进，后期改进升级非常便捷，具有很高的经济性，实用性。

Description

基于机器视觉的智能餐厅的结算系统
技术领域
本发明涉及一种快速智能餐厅结算系统，属于模式识别和图像处理技术领域。
背景技术
现有的餐厅或食堂结算体系主要分为两种，一种是人工计价，一种是通过自助结算台实现。人工计价就是根据菜单价格表自行计算消费总额。自助计算是在每一个餐具底部植入无线射频芯片（RFID），餐具进入自助结算台的结算区后（射频天线感应区），通过对餐具底部射频芯片进行读写操作，借助于计算机及其通讯技术，实现对餐具底部射频芯片的通信和管理，实现快速结算。这两种结算方式各有其优缺点。人工计价简单便捷，比较适用于餐厅规模及人流量相对较小场所，如小餐馆，便利店等。自助结算系统高效，快捷，适用于高校等人流密集场所，但是该系统需要对每个餐具进行处理，成本较高，且后续维护比较困难。
经过大量的调查研究发现，当下很多餐厅，食堂是以餐具的种类，形状和颜色为依据进行结算收费，工作人员可以此为依据计价。研究发现显存结算体系存在诸多不足，尤其是高峰时段人流量较大时，人工计价相对较慢，出错率较高，顾客排队等待时间较长等问题比较突出。
大多数校园餐厅如今采用的是人工计价方式。结算是以餐具的种类和颜色为依据。以某餐厅为例，餐具种类包括大碗，小碗，大盘，小盘。不同颜色的盘子对应不同的单价，共有白色，红色和黄色三种不同颜色的盘子，其分别对应的价位为白色2元一盘，红色4元一盘，黄色5元一盘，大碗5元一份，小碗0.6元份/人。餐厅工作人员可以此为依据对就餐师生选定的套餐计价，刷卡。结合实际情况，经研究发现，现存的这种结算体系在某些方面有待改善。突出问题罗列如下：
a)当消费者前来就餐，尤其是高峰时段，由于人工计价相对较慢带来的时间延迟，使得需要长时间等待；
b)由于空间有限，且人流量较大，在排队过程中也给后续前来就餐的师生带来诸多不便，碰撞，菜洒落情况时有发生；
c)其次由于是人工计算价格，对总金额的计算出现误算错算的情况的几率很高。
发明内容
针对上述结算效率低，同时耗费较大人力物力资源的现象，结合本专业研究方向模式识别与图像处理，提出一种基于视频检测识别的自助餐厅智能结算系统，在无需工作人员的参与下，就餐人员只需将所选套餐放在识别区域，即可通过本系统识别出总的价格。操作简单，高效且实用。可大大缓解由人工结算带来的排队，拥堵等诸多问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，由餐厅智能结算装置、后台结算中心平台以及支付装置组成，所述餐厅智能结算装置包括视频文件拍摄和读取装置、 L型立柱支架、结算平台，所述结算平台上放置托盘，托盘内放置餐具碗和各色圆盘，所述视频文件拍摄和读取装置通过L型立柱支架固定在结算平台放置餐具碗和各色圆盘区域上方，用于拍摄消费者选择套餐内容，并传输给后台结算中心平台；后台结算中心平台通过读取视频流，提取出关键帧的有效图像，并对关键帧的有效图像去除噪声，灰度变换，模糊处理，以及通过遍历图像，使用霍夫变换，模糊神经网络算法识别出具有特定形状和颜色的餐具，从而根据预先对餐具标定的价格计算出消费总额；后台结算中心平台将消费总额数据输入支付装置，使消费者可根据后台结算中心平台界面显示的消费总额提示刷卡消费。
所述后台结算中心平台上部设有结算平台显示器，中部设有视频显示器、选餐明细显示器、消费明细区、注意事项区，下部设有结算区、工作指示灯、反馈按键指示灯，所述视频显示器具有视频输入窗口、视频提示窗口，用于实时显示托盘中的内容；所述选餐明细显示器包括图像智能显示器、选餐明细提示区；所述图像智能显示器显示通过基于视频的关键帧提取算法，对多张关键帧进行模糊处理和决策提取出的高质量的对应时段视频内容的图像，并提示消费者可通过选餐明细提示观察显示区内容是否与实际一致，否则可通过反馈按键指示灯进行反馈；所述的消费明细区根据选餐明细显示器显示的餐具的种类、单价，显示出结算地点和结算时间，以及消费总额；所述的结算区位于消费明细区下方位置，并装有支持刷卡支付的支付装置；所述后台结算中心平台通过支撑架、结算平台调节按钮固定在底座结构上，底座结构上装有防滑装置和柱形固定吸盘装置。
所述视频文件拍摄和读取装置为集成的摄像模块或工业摄像头。
所述视频文件拍摄和读取装置连接摄像机内外参数提取装置，通过摄像机内外参数提取装置对摄像机倾斜角度的补偿，可有效提取视频信息。
所述视频文件拍摄和读取装置还装有光照补偿装置，所述光照补偿装置为LED环形补偿灯。
本发明的有益效果是：
本发明为一种快速智能餐厅结算系统，主要用于解决基于实时视频内容的餐具检测识别问题。本发明中，根据视频是有多帧图像组合而成的原理，通过摄像头读取实时视频流，后台程序通过读取视频流，进而提取出关键帧，并对关键帧进行去除噪声，灰度变换，模糊处理等预处理，进而通过遍历关键帧，通过霍夫变换，模糊神经网络算法识别出具有特定形状和颜色的餐具。并通过后台结算中心平台根据预先对餐具标定的价格计算出消费总额。实验结果表明本发明可在2s-3s以内完成检测识别和结算功能。由于无需对现有餐具做任何改进，后期改进升级非常便捷，具有很高的经济性，实用性。
附图说明
图1为本发明的餐厅智能结算装置结构示意图；
图2为本发明的后台结算中心平台示意图；
图3为本发明的具体实现的算法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，本发明的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，由餐厅智能结算装置、后台结算中心平台以及支付装置组成。
餐厅智能结算装置，如图1所示，包括视频文件拍摄和读取装置，摄像头固定卡口1-2，L型立柱支架1-3，L型立柱固定装置1-4，结算平台1-5（摄像头识别区域），托盘1-6，餐具碗1-7，白色圆盘1-8-1，红色圆盘1-8-2，黄色圆盘1-8-3，光照补偿装置1-9，连接插口1-10，数据传输导线1-11。视频文件拍摄和读取装置为集成的摄像模块或工业摄像头1-1。结算平台1-5上放置托盘1-6，托盘1-6内放置餐具碗1-7和各色圆盘，视频文件拍摄和读取装置通过L型立柱1-3固定在结算平台1-5放置餐具碗1-7和各色圆盘区域上方，用于拍摄消费者选择套餐内容，并传输给后台结算中心平台。卡口旋转固定卡口1-2，用于固定摄像头位置，防止由于外界因素产生的抖动影响，卡口设计为旋转可调类型，可根据实际应用场景进行调整；L型立柱支架1-3，用于支撑卡口和摄像头。结算平台1-5，用于承载托盘，其设计尺寸由摄像头的垂直距离、摄像头覆盖范围、托盘尺寸等因素决定；支付装置以及后台结算中心平台，支付装置为一个专用的刷面板，消费者可根据结算中心界面显示的消费总额提示刷卡消费。
视频文件拍摄和读取装置还装有光照补偿装置1-9，光照补偿装置1-9为LED环形补偿灯。光照补偿装置1-9，考虑到视频拍摄过程中由于光照因素引起的噪声干扰，摄像头经过二次开发在镜头底部安装有亮度可调的LED环形补偿灯，LED环形补偿灯也俗称光管、日光灯管，其光源采用LED作为发光体。LED灯管有很多优点， 亮度高：LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80％～90％，LED的可见光理论极限效率至少可达500lm/W，节能高效；纯度高，LED光谱狭窄，发出的光线很纯，可有效排除由于LED光源本身带来的噪声；多变化：可调节色温的变化，以适应多种场合的需求，此外还有寿命长，体积小等优点。可满足对于不同环境下对摄像头光照补偿，保证能够得到更高质量的实时视频，对于后期视频的处理如关键真的提取，图像的灰度处理，二值化具有非常重要的意义；可以有效减小由于光源的影响带来的噪声，能够极大程度上提高检测效率，识别率可达到98.9%以上；
消费者将托盘放至结算平台1-5识别区域，工业摄像头1-1即开始拍摄视频。对于因光线因素导致的拍摄视频质量下降，使得后期处理准确率下降问题，可通过亮度可调的LED环形补偿灯改善拍摄效果。卡口旋转固定卡口1-2主要是为了适应不同环境所设计的，对于不同的消费场景，不同年龄阶段的消费人群，其所放置的位置会有所变化，正对此类情况，可通过调节工业摄像头1-1的方位进而改善算平台识别区域，以达到高效识别的目的。所拍摄的视频通过数据传输线发送至后台结算中心平台进行处理。识别对象为餐厅的托盘1-6，餐具碗1-7。餐具碗1-7包括圆盘和碗。其中圆盘包括一个黄色圆盘1-8-3，一个红色圆盘1-8-2，一个白色圆盘1-8-1，小碗一个。
视频文件拍摄和读取装置连接摄像机内外参数提取装置，通过摄像机内外参数提取装置对摄像机倾斜角度的补偿，可有效提取视频信息。本发明考虑到视频拍摄有一定角度倾斜的应用场景，改进摄像机标定算法。该算法根据摄像机的透视关系及直线的几何不变性，推导出摄像机标定公式。摄像机标定公式中对倾斜的角度做出了一定的补偿，可有效提取视频信息。
后台结算中心平台，如图2所示，包括结算平台显示器2-1、视频显示器2-2、视频输入窗口2-2-1、视频提示窗口2-2-2、选餐明细显示器2-3、图像智能显示器2-3-1、选餐明细提示2-3-2、消费明细区2-4、注意事项区2-5、结算区2-6、支撑架2-7、结算平台调节按钮2-8、底座结构2-9、防滑装置2-10、柱形固定吸盘装置2-11、摄像头链接导线2-12-1、电源线2-12-2、； VGA线2-12-3、输入端结构2-13、工作指示灯2-14、反馈按键指示灯2-15。
结算平台显示器2-1、提示欢迎使用智能餐厅结算系统，通过液晶显示屏显示。视频显示器2-2、位于结算平台显示2-1的左下方位置，包括视频输入窗口2-2-1和视频提示窗口2-2-2，可以实时显示托盘中的内容。选餐明细显示器2-3位于视频显示器2-2的正右方位置，包括图像智能显示器2-3-1，其中显示的内容是通过基于视频的关键帧提取算法，通过对多张关键帧进行模糊处理和决策提取出质量最高，最能体现出对应时段视频内容的图像，提示消费者可通过选餐明细提示观察显示2-3-2内容是否与实际一致，否则可通过反馈按键指示灯2-15进行反馈。消费明细区2-4位于视频显示器2-2的正下方位置，会根据选餐明细显示器2-3显示的内容中包含的餐具识别和列举出餐具的种类、单价，同时会显示出结算地点和结算时间；消费总额则根据消费明细区2-4计算出总的消费金额。结算区2-6位于消费明细区2-4下方位置，支持刷卡支付，包括就餐餐厅提供的磁卡，统一使用的校园卡等。支撑架2-7中间设计有结算平台调节按钮2-8，可通过此按钮调节结算平台的角度，体现出人性化设计。底座2-9结构底部采用防滑装置2-10，同时采用柱形固定吸盘装置2-11，通过抽空圆柱形孔内的空气，可使底部吸盘固定在承载平台上。链接导线2-12包括三根导线分别为数据传输线2-12-1，用于传输数据、电源线2-12-2、VGA线可扩展显示器2-12-3。工作指示灯2-14，在系统正常工作的情况下，显示绿灯，在系统出现问题或者识别出错的情况下显示红灯，此时可通过反馈按键指示灯2-15将问题反馈给系统进而解决问题。
如图3所示，采用本发明的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统的结算方法，包括以下步骤：
（1）后台结算中心平台根据视频文件存储路径，读取由视频文件拍摄和读取装置摄取的实时视频数据；
（2）通过提取关键帧算法和决策机制提取关键帧的有效图像，并对关键帧的有效图像进行预处理：
1）通过关键帧提取算法提取有效的关键帧和GRB图像；
2）对GRB图像分别在三个通道进行灰度二值化处理；
3）对灰度图像进行模糊处理；
4）对图像进行检测与分析；
（3）标定结算区域；
（4）判断是否有餐具存在；
（5）通过霍夫变换，模糊神经网络检测和识别餐具种类、颜色等特征；
（6）根据餐具形状、颜色等有效信息计算出实际价格；
（7）根据预先对餐具标定的价格计算出消费总额。
上述步骤中，关键帧提取算法针对传统关键帧提取算法中，关键帧代表性不强及冗余的问题，提出了基于视频内容变化选取关键帧的算法，按照一定时间间隔取关键帧；
本发明考虑到视频拍摄存在一定角度倾斜的情况， 改进摄像机标定算法。对倾斜的角度做出了一定的补偿，实验证明该算法标定准确，运行效率高。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，由餐厅智能结算装置、后台结算中心平台以及支付装置组成，其特征在于：所述餐厅智能结算装置包括视频文件拍摄和读取装置、L型立柱支架(1-3)、结算平台(1-5)，所述结算平台(1-5)上放置托盘(1-6)，托盘(1-6)内放置餐具碗(1-7)和各色圆盘，所述视频文件拍摄和读取装置通过L型立柱支架(1-3)固定在结算平台(1-5)放置餐具碗(1-7)和各色圆盘区域上方，用于拍摄消费者选择套餐内容，并传输给后台结算中心平台；后台结算中心平台通过读取视频流，提取出关键帧的有效图像，并对关键帧的有效图像去除噪声，灰度变换，模糊处理，以及通过遍历图像，使用霍夫变换，模糊神经网络算法识别出具有特定形状和颜色的餐具，从而根据预先对餐具标定的价格计算出消费总额；后台结算中心平台将消费总额数据输入支付装置，使消费者可根据后台结算中心平台界面显示的消费总额提示刷卡消费。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，其特征在于：所述后台结算中心平台上部设有结算平台显示器(2-1)，中部设有视频显示器(2-2)、选餐明细显示器(2-3)、消费明细区(2-4)、注意事项区(2-5)，下部设有结算区(2-6)、工作指示灯(2-14)、反馈按键指示灯(2-15)，所述视频显示器(2-2)具有视频输入窗口(2-2-1)、视频提示窗口(2-2-2)，用于实时显示托盘中的内容；所述选餐明细显示器2-3包括图像智能显示器(2-3-1)、选餐明细提示区(2-3-2)；所述图像智能显示器(2-3-1)显示通过基于视频的关键帧提取算法，对多张关键帧进行模糊处理和决策提取出的高质量的对应时段视频内容的图像，并提示消费者可通过选餐明细提示观察显示区(2-3-2)内容是否与实际一致，否则可通过反馈按键指示灯(2-15)进行反馈；所述的消费明细区(2-4)根据选餐明细显示器(2-3)显示的餐具的种类、单价，显示出结算地点和结算时间，以及消费总额；所述的结算区(2-6)位于消费明细区(2-4)下方位置，并装有支持刷卡支付的支付装置；所述后台结算中心平台通过支撑架(2-7)、结算平台调节按钮(2-8)固定在底座结构(2-9)上，底座结构(2-9)上装有防滑装置(2-10)和柱形固定吸盘装置(2-11)。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，其特征在于：所述视频文件拍摄和读取装置为集成的摄像模块或工业摄像头。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，其特征在于：所述视频文件拍摄和读取装置连接摄像机内外参数提取装置，通过摄像机内外参数提取装置对摄像机倾斜角度的补偿，可有效提取视频信息。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能餐厅的结算系统，其特征在于：所述视频文件拍摄和读取装置还装有光照补偿装置，所述光照补偿装置为LED环形补偿灯。
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