CN108062837A - 一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，包括商品结算台柜体、商品结算台控制单元、商品图像信息提取单元、商品防盗检测单元以及上位机；当秤重传感器检测到结算台有结算商品时，系统对商品图像传感器获取顾客结算商品的图像由图像处理控制器进行分图像割，得到每件商品的图像，并提取每件商品图像中的商品特征，再将商品图像特征输出至商品图像自信处理器，读取每件商品图像的特征信息，生成每件商品的商品信息，通过主控制器传输至上位机并显示在结算屏上，提示顾客支付完成商品结算；本系统还设置有商品防盗系统；本发明提供的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，实现超市无人值守自动结算，降低人力成本，提高经营效益。
Description
技术领域
本发明涉及超市自助购物系统，尤其涉及一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统。
技术背景
在现代的零售业中，无论是大型超市，还是小型超市，目前顾客在购物结算时均采用有人值守的收很员进行手工结算的方式，这种方式首先是结算效率低，顾客往往需要花费大量的时间，排队等待商品结算；其次，超市特别是大型超市，由于顾客人流量大，在购物高峰时段，购物顾客人数多，收银员劳动强度非常大；此外，无论是大型超市，还是中小型超市，在顾客购物结算时，需要大量的收银人员长时间值守，随着我国人员工资水平的逐年增加，使超市的用人成本居高不下，严重影响超市的经营效益；而对于一些小型超市，一般一个超市需要1-2人长期驻守（如常见的夫妻店等），人力成本高，效率低。
另外，目前超市的商品结算过程中均使用条码扫描仪，通过用条码扫描仪对每件商品的条码进行扫描的方式获取商品信息，需要对每件商品进行条码扫描，不仅费时，而且效率低，收银员的劳动强度非常大。
针对上述问题，需要一种既能够解决超市顾客购物时等待时间长，又能降低收银员劳动强度，还能降低超市运营成本、提高超市经营效益的方便快捷的无人值守的智能自动商品结算系统。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种使用和扩展方便，使用人工智能的超市值守的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，替代大量的收银值守的收银员，实现超市无人值守的全天候不间断营业，大大降低了销售经营和人力成本，方便顾客购物，提升顾客购物结算效率，提高超市经营效益以及社会效益。
本发明提供的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，商品结算台柜体1、商品结算台控制单元16、上位机19、商品图像信息提取单元31、商品防盗检测单元35、通信控制单元20以及远程服务器21。
商品结算台柜体1上设置有入口门禁2、商品结算台3、商品图像摄像机4、语音提示喇叭5、热释电传感器6、视频监视器7、商品结算显示屏8、结算显示器与摄像机支架9、商品结算台照明灯10、设备柜11、防盗检测门12、出口门禁13、商品消磁板14、结算台秤重量传感器板15。
商品结算台控制单元16位于商品结算台柜体1的设备柜11内，由主控制器18、上位机19、通信控制单元20、显示驱动控制器22、视频监视控制器23、语音控制器24、门禁控制器25、磁条检测控制器26、磁条消磁控制器27、图像检测控制器28、秤重检测控制器29、热释电检测控制器30以及供电电源17组成，商品结算台1中所有设备的监控均由主控制器18进行控制。。
本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台控制单元16内设置的主控制器18与上位机19连接；上位机19与通信控制单元20连接，通信控制单元20通过网络与远程服务器21连接。
本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像信息提取单元31用于获取商品图像以及提取商品图像信息和商品信息，由商品图像传感器34、图像处理控制器33、商品图像信息处理器32组成。
商品图像信息提取单元31通过商品图像传感器34获取顾客结算商品图像，由图像处理控制器33对获取的顾客结算商品图像进行处理，分割得到每件商品的图像，并对每件商品图像中的商品特征提取，然后将每件商品的图像特征输出至商品图像自信处理器32，由商品图像自信处理器32对每件商品图像中的特征信息进行读取，生成每件商品的商品信息，通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19处理后，通过显示驱动控制器22将顾客所购商品结算信息显示在商品结算显示屏8上。
本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品防盗检测单元35用于检测顾客是否携带未付款商品通过出口禁，由磁条检测传感器36、磁条检测控制器26、门禁控制器25组成。
本发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统在顾客购物结算通道设置有入口门禁2和出口门禁13，顾客结算时进入结算通道后，入口门禁2和出口门禁13均处于关闭状态，当顾客商品结算完成后，顾客携带结算后的商品通过磁条检测传感器36，在磁条检测传感器36未检测到顾客携带未结算商品时，出口门禁13打开，，当出口门禁13关闭后，入口门禁2才能打开。
本发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台柜体1各驱动及控制单元使用专用供电电源（17）提供电能，入口门禁（2）及出口门禁（13）的驱动电机采用直流伺服驱动电机。
本发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统自动对顾客所购商品进行检测和结算，商品结算自动化和智能化，商品结算准确、速度快，结算效率高，大大减少超市收银员，提高工作效率；同时，降低超市经营成本，显著提升超市经营效益，具有广泛的应用价值。
附图说明
图1是本发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统框图。
图2为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台柜体正面结构示意图。
图3为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台柜体右侧面结构示意图。
图4为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台柜体俯视结构示意图。
图5为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台控制单元组成框图。
图6为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像信息提取单元组成框图。
图7为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品防盗检测单元组成框图。
图8为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的控制流程图。
图9为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算流程图。
图10为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像分割及信息获取流程图。
图11为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像条码信息获取流程图。
图12为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像条码信息读取流程图。
图中：1.结算台柜体、2.入口门禁、3.商品结算台、4.商品图像摄像机、5.语音喇叭、6.热释电传感器、7.视频监视器、8.商品结算显示屏幕、9.结算显与摄像机支架、10.设备柜、12.防盗检测门、13.出口门禁、14.商品消磁板、15.秤重量传感器板、16. 商品结算台控制单元、17.供电电源、18.主控制器、19.上位机、20.通信控制单元、21.远程服务器、22.显示驱动控制器、23.视频监视控制器、24.语音控制器、25.门禁控制器、26.磁条检测控制器、27.磁条消磁控制器、28.图像检测控制器、29.秤重检测控制器、30. 热释电检测控制器、31. 商品图像信息提取单元、32.图像信息处理单元、33.图像处理控制器、34.商品图像传感器、35. 商品防盗检测单元、36.磁条检测传感器。
具体实施方式
如图1所示，本发明中的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统包括商品结算台柜体1，商品结算台控制单元16、上位机19、商品图像信息提取单元31、商品防盗检测单元35、通信控制单元20以及远程服务器21。
如图1～图4所示，本发明中的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算台柜体1上设置有入口门禁2、商品结算台3、商品图像摄像机4、语音提示喇叭5、热释电传感器6、视频监视器7、商品结算显示屏8、结算显示器与摄像机支架9、商品结算台照明灯10、设备柜11、防盗检测门12、出口门禁13、商品消磁板14、结算台秤重量传感器板15。
其中，热释电传感器6位于商品结算台柜体1右上方，用于检测是否有顾客是否靠近商品结算台柜体1的入口门禁2；商品图像摄像机4用于获取顾客购物商品的图像；结算台秤重量传感器板15与商品消磁板14位于商品结算台下方，结算台秤重量传感器板15用于检测顾客是否将商品置于结算台上；商品消磁板14用于顾客所有商品结算付款后的商品磁条标记的消磁；防盗检测门12用于检测顾客是否携带有未结算商品通过出口门禁13；。
如图1及图5所示，商品结算台控制单元16由主控制器18、上位机19、通信控制单元20、显示驱动控制器22、视频监视控制器23、语音控制器24、门禁控制器25、磁条检测控制器26、磁条消磁控制器27、图像检测控制器28、秤重检测控制器29、热释电检测控制器30以及供电电源17组成，商品结算台1中所有设备的监控均由主控制器18进行控制。
如图1～图6所示，本发明中的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像信息提取单元31用于获取商品图像以及提取商品图像信息和商品信息，由商品图像传感器34、图像处理控制器33、商品图像信息处理器32组成。
商品图像信息提取单元31通过商品图像传感器34获取顾客结算商品图像，由图像处理控制器33对获取的顾客结算商品图像进行处理，分割得到每件商品的图像，并对每件商品图像中的商品特征提取，然后将每件商品的图像特征输出至商品图像自信处理器32，由商品图像自信处理器32对每件商品图像中的特征信息进行读取，生成每件商品的商品信息，通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19处理后，通过显示驱动控制器22将顾客所购商品结算信息显示在商品结算显示屏8上。
如图1～图5及图7所示，本发明中的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品防盗检测单元35用于检测顾客是否携带未付款商品通过出口禁，由磁条检测传感器36、磁条检测控制器26、门禁控制器25组成。
本发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统在顾客购物结算通道设置有入口门禁2和出口门禁13，顾客结算时进入结算通道后，入口门禁2和出口门禁13均处于关闭状态，当顾客商品结算完成后，顾客携带结算后的商品通过磁条检测传感器36，在磁条检测传感器36未检测到顾客携带未结算商品时，出口门禁13打开，，当出口门禁13关闭后，入口门禁2才能打开。
结合图1～图2及图5～图12所示，本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的工作过程如下。
当顾客靠近商品结算台柜体1的入口门禁2时，商品结算台柜体1上方设置的热释电传感器6检测到人体热源，主控制器18通过语音控制器24发出顾客结算流程的语音提示，同时，通过秤重检测控制器29检测是否有顾客进行商品结算，当商品结算台3上没有顾客进行商品结算时，则通过门禁控制器25打开入口门禁2，顾客随即进入商品结算台柜体1内侧；主控制器18通过语音控制器24发出顾客结算操作的语音提示；当顾客将所购商品放置于商品结算台3上时，秤重检测控制器29通过秤重传感器检测到商品重量，主控制器18通过图像检测控制器29启动商品图像传感器34及商品结算台照明灯10，开始获取顾客所购商品图片，同时，主控制器18通过秤重检测控制器29检测商品结算台3上的商品重量是否有变化，当秤重检测控制器29检测商品结算台3上的商品重量无变化时，主控制器18通过图像检测控制器29以及商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，并由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割，得到顾客的商品件数，然后由商品图像信息处理器每件商品的商品信息进行读取，获取商品结算台3上的顾客所购商品的信息后，通过主控制器18传输至上位机19。
上位机19的处理程序计算商品重量，并与秤重检测控制器29的实际秤重重量进行比较，当秤重检测控制器29的实际秤重重量大于从商品图像传感器34获取图像中的商品计算重量时，主控制器18通过语音控制器24发出语音提示，提示顾客将所有购买商品在商品结算台3上重新摆设。
当顾客重新摆设商品结算台3上的所有商品后，秤重检测控制器29再次检测商品结算台3上的商品重量无变化时，主控制器18通过图像检测控制器29以及商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，并由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割，得到顾客的商品件数，然后由商品图像信息处理器每件商品的商品信息进行读取，获取商品结算台3上的顾客所购商品的信息后，通过主控制器18传输至上位机19。
当上位机19计算出的商品重量与秤重检测控制器29的实际秤重重量基本相等时，上位机19通过主控制器18及显示驱动控制器22将顾客商品结算信息显示在结算显示屏8上，主控制器18通过语音控制器24发出语音提示，提示顾客扫描屏幕三维码进行商品付款。
当顾客付款完成后，主控制器18通过磁条消磁控制器27启动商品结算台3下的消磁器对顾客所购商品进行肖磁处理，同时通过语音控制器24发出语音提示，提示顾客取走所购商品，主控制器18通过重量与秤重检测控制器29检测顾客是否全部取走商品结算台3上所购商品。
当顾客取走商品结算台3上结算完成的商品后，主控制器18通过语音控制器24发出语音提示，提示顾客携带所购商品人出口门禁13离开，顾客拾所购商品通过防盗检测门12时，主控制器18通过防盗检测门12检测顾客是否携带有未付款的商品离开，若未检测到顾客有未付款商品时，控制器18通过门禁控制器15打开出口门禁13，顾客即可通过出口门禁13离开，完成顾客的购物结算过程。
顾客通过出口门禁13离开后，主控制器18通知上位机19将顾客商品结算数据通过通信控制单元20经网络传输至远程服务器存储。
如图1～图2及图9所示，为本发明种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算流程，当顾客将所购商品放置于商品结算台3上，秤重传感器检测到有商品放置并且商品结算台3上的商品稳定时，主控制器通过秤重检测控制器29及秤重传感器获取商品结算台3上的商品重量M；主控制器18通过图像检测控制器29以及商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，并由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割，得到顾客的商品件数，然后由商品图像信息处理器每件商品的商品信息进行读取，获取商品结算台3上的顾客所购商品的信息后，通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19计算获取图像中的商品重量N，然后由上位机检测M、N是否匹配。
当M、N不匹配且M>N时，即出现顾客实际购物商品数多于商品结算台获取商品图像数量，主控制器18通过语音控制器24发出语音提示，提示顾客在商品结算台3上平铺所有商品，秤重传感器再次检测到商品结算台3上商品重量稳定时，获取商品结算台3上的商品重量，同时主控制器18通过图像检测控制器29以及商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，并由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割，得到顾客的商品件数，然后由商品图像信息处理器每件商品的商品信息进行读取，获取商品结算台3上的顾客所购商品的信息后，通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19计算获取图像中的商品重量N，然后由上位机再次检测M、N是否匹配，直到M、N匹配。
当M、N匹配时，主控制器18再次通过图像检测控制器29以及商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，并由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割，得到顾客的商品件数，然后由商品图像信息处理器每件商品的商品信息进行读取，获取商品结算台3上的顾客所购商品的信息后，通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19处理后得到顾客结算商品信息，再由主控制器18通过显示驱动控制器22将顾客商品结算信息显示在结算显示屏8上，由顾客扫描结算显示屏8上的二维码支付所购商品货款。
如图1～图2及图9、图10所示，为本发明种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品结算流程中的商品图像分割流程，当商品图像传感器34获取顾客商品的高清图像，由图像处理控制器33进行图像处理，将获取的高清商品图像分割；其分割方法为根据SLIC算法设置所获得商品图像的分割种子点得到图像的三层超像素层，然后建立多重超像素层的图模型，计算图模型中像素层内的像素点之间及超像素层内的超像素点之间的相似度；再建立S矩阵得到图模型的邻接矩阵，引入标签计算每个像素的标签率，再后使用最大流/最小割算法优化能量函数得到分割后的图像；然后将分割后的图像由商品图像信息处理器32获取商品的条码信息。
如图1及图5及图11～图12所示，为本发明一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统的商品图像信息处理流程，商品图像信息处理器32对分割后的每张商品图像的条码信息进行读取，在读取每张商品图像条码信息时，由于顾客对商品摆设的角度不同，需要对分割后每张图像进行每次10度的角度进行旋转，然后进行条码信息扫描，直到读取所有商品的信息；最后将所有商品信息通过主控制器18传输至上位机19，由上位机19生成顾客商品结算信息，通过主控制器18及显示驱动控制器22显示到结算屏8上。
如图5所示，供电电源17为整个商品结算系统提供稳定直流电源供电，同时入口门禁2、出口门禁止13的驱动电机提供驱动电流。同时也为视频显示屏7及结算显示屏和视频监视器提供供电。
发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统还在商品结算台柜体1上部设置一个视频监视单元，监控顾客商品结算整个过程。
发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统还在商品结算台柜体1中部设置一个设备柜11；并在商品结算台体1正面设置设备检修门。
发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统商品结算台柜体1中各驱动装置使用直流伺服驱动电机。
发明的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统还在出口门禁13处设置有检测传感器，检测顾客通过情况。
上述仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟透本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：包括商品结算台柜体（1），商品结算台控制单元（16）、上位机（19）、商品图像信息提取单元（31）、商品防盗检测单元（35）、通信控制单元（20）以及远程服务器（21）。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：商品结算台柜体（1） 上设置有入口门禁（2）、商品结算台（3）、商品图像摄像机（4）语音提示喇叭（5）、热释电传感器（6）、视频监视器（7）、商品结算显示屏（8）、结算显示器与摄像机支架（9）、商品结算台照明灯（10）、设备柜（11）、防盗检测门（12）、出口门禁（13）、商品消磁板（14）、结算台秤重量传感器板（15）。
3.根据权利要求1所述一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：商品结算台控制单元（16）位于商品结算台柜体（1）的设备柜（11）内，由主控制器（18）、上位机（19）、通信控制单元（20）、显示驱动控制器（22）、视频监视控制器（23）、语音控制器（24）、门禁控制器（25）、磁条检测控制器（26）、磁条消磁控制器（27）图像检测控制器（27）、秤重检测控制器（28）、热释电检测控制器（29）以及供电电源（17）组成 。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：商品图像信息提取单元（31）用于获取商品图像以及提取商品图像信息和商品信息，由商品图像传感器（34）、图像处理控制器（33）、商品图像信息处理器（32）组成。
5.根据权利要求1所述一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：商品防盗检测单元（35）用于检测顾客是否携带未付款商品通过出口禁，由磁条检测传感器（36）、磁条检测控制器（26）、门禁控制器（25）组成。
6.根据权利要求4所述一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：商品图像信息提取单元（31）通过商品图像传感器（34）获取顾客结算商品图像，由图像处理控制器（33）对获取的顾客结算商品图像进行处理，分割得到每件商品的图像，并对每件商品图像中的商品特征提取，然后将每件商品的图像特征输出至商品图像自信处理器（32），由商品图像自信处理器（32）对每件商品图像中的特征信息进行读取，生成每件商品的商品信息，通过主控制器（18）传输至上位机（19）。
7.根据权利要求1所述一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：上位机（19）通信控制单元（20）与远程服务器（21）连接，实现商品结算信息的传输。
8.根据权利要求1所述一种基于图像识别的无人值守超市商品结算系统，其特征在于：各驱动及控制单元使用专用供电电源（17）提供电能，入口门禁（2）及出口门禁（13）的驱动电机采用直流伺服驱动电机。
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