CN109305490B - 一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱 - Google Patents

一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，包括盖体、筒体以及设置于筒体内的垃圾仓；相对于传统的称重式、多种传感器配合等方法识别垃圾，深度学习图像处理技术重要具有以下两个优越性：一、识别精度高，可对垃圾进行分5类的识别与回收，塑料瓶类和易拉罐类的识别准确率在90％左右，且随着图像识别代码的改进这个精确度会逐步提升，二、减少了整个系统的能耗和内部结构的复杂程度。

Description

一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱
技术领域
本发明属于机器学习技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱。
背景技术
深度学习：是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，它模仿人脑的机制来解释数据，例如图像，声音和文本。深度学习是无监督学习的一种。深度学习的概念源于人工神经网络的研究。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。深度学习的概念由Hinton等人于2006年提出。基于深信度网(DBN)提出非监督贪心逐层训练算法，为解决深层结构相关的优化难题带来希望，随后提出多层自动编码器深层结构。此外Lecun等人提出的卷积神经网络是第一个真正多层结构学习算法，它利用空间相对关系减少参数数目以提高训练性能。垃圾分类回收在全球都是一个热点问题，希望可以通过图像识别技术对现有的垃圾筒施行升级改造提升垃圾分类效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，包括盖体、筒体以及设置于筒体内的垃圾仓；
所述盖体中部形成有筒型腔体，盖体上表面设置有由筒型腔体上边沿延伸至四角处的四条棱柱，在盖体内部四条棱柱下方朝向筒型腔体一侧分别形成有用于安装电子装置的空腔，空腔内设置有摄像头、主控板和舵机，在筒型腔体内设置第一红外检测器，筒型腔体上表面设置有按钮，所述摄像头、舵机、第一红外检测器及按钮通过电路与主控板相连，筒型腔体下端面设置有受舵机驱动的旋叶门；
所述垃圾仓包括1个中心垃圾仓和4个排布于中心垃圾仓四个方向上的侧面垃圾仓，中心垃圾仓的横截面呈正方形，侧面垃圾仓的横截面呈等腰梯形，侧面垃圾仓的上表面设置有向中心垃圾仓方向倾斜的仓盖，仓盖上设置有受驱动沿仓盖方向向相对一侧伸出、用于改变垃圾掉落路径的挡板；
所述筒体外壁设置LED显示屏，筒体底盘上端面设置用于限位垃圾仓的座框。
在上述技术方案中，所述旋叶门包括4个结构完全相同的90度扇面旋叶，每扇旋叶均由对称的高低两部分构成，旋叶弧面一侧安装于筒型腔体下端面的圆环上与舵机的传动齿轮轴相连接。
在上述技术方案中，所述棱柱上设置太阳能电池板。
在上述技术方案中，所述棱柱之间设置观察窗，观察窗表面透明。
在上述技术方案中，所述盖体内设置有蜂鸣器，蜂鸣器通过电路与主控板相连。
在上述技术方案中，所述仓盖通过转轴安装于侧面垃圾仓外侧板的上沿处。
在上述技术方案中，所述仓盖中部设置两条相对的滑轨，滑轨中间设置与之配合的挡板。
在上述技术方案中，所述挡板上设置绕线孔。
在上述技术方案中，所述侧面垃圾仓的外侧板上设置电机，在电机的上方设置绕线杆。
在上述技术方案中，所述侧面垃圾仓的内侧板上端与斜板的连接处之间形成缺口作为垃圾进入的仓口。
本发明的优点和有益效果为：
1、相对于传统的称重式、多种传感器配合等方法识别垃圾，深度学习图像处理技术重要有着以下两个优越性。
(1)识别精度高，可对垃圾进行分5类的识别与回收，包括：塑料瓶类、易拉罐类、废纸及快餐盒类、违规物品类和其他类(如玻璃渣等)。目前整体准确率在75％左右，随着识别代码的优化和训练集的扩充识别准确率会逐步上升。但是每次只能识别放入的一种垃圾。
(2)减少了整个系统的能耗和内部结构的复杂程度。
2、图像处理过程在服务器进行，对本地总控运算要求低，部分传感器可以依据需要装卸。
3、垃圾箱在学习期(caffe框架)过后便可投入使用，此时用户只要直接将垃圾投入即可。但是每次只能放入一种垃圾。
4、在使用过程中，也可以进行矫正性训练。在用户投入垃圾后，音响会发出提示音，说明识别的是某种垃圾，如果识别正确，用户直接离开即可，在几秒钟后，滑板划下，拍照平台打开，垃圾落入对应垃圾箱。如果识别结果不对，用户按下正确种类的按钮，垃圾箱将结果传回云端学习。并按用户指令分类。如果投入垃圾属于违规物品则提示并警告。
附图说明
图1为本发明侧视结构示意图。
图2为盖体俯视结构示意图1。
图3为盖体俯视结构示意图2。
图4为盖体开启整体俯视结构示意图。
图5为盖体局部结构示意图1。
图6为盖体局部结构示意图2。
图7为侧面垃圾仓局部结构示意图1。
图8为侧面垃圾仓局部结构示意图2。
图9为侧面垃圾仓结构示意图。
图10为筒体底部结构示意图。
图11为筒体底部局部结构示意图。
图12为工作原理图。
图13为核心硬件连接概念图。
图14为垃圾仓示例图。
其中：1为盖体，1-1为筒形腔体，1-2为旋叶，1-3为按钮，1-4为电池板，1-5为观察窗，1-6为摄像头，1-7为主控板，1-8为舵机，1-9为第一红外检测器，1-10为圆环，1-11为蜂鸣器，2为筒体，2-1为LED显示屏，2-2为座框，3为垃圾仓，3-1为中心垃圾仓，3-2为侧面垃圾仓，3-3为仓盖，3-4为滑轨，3-5为挡板，3-6为电机，3-7为绕线杆，3-8为绕线孔，3-9为第二红外检测器，3-10为第三红外检测器，3-11为仓口，3-12为外侧板，3-13为内侧板，3-14为斜板。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，包括盖体1、筒体2以及设置于筒体内的垃圾仓；
所述盖体中部形成有筒型腔体1-1，盖体上表面设置有由筒型腔体上边沿延伸至四角处的四条棱柱，棱柱上设置太阳能电池板1-4，可通过太阳能电池板收集太阳能为电子设备提供电能；
在盖体内部四条棱柱下方朝向筒型腔体一侧分别形成有用于安装电子装置的空腔，空腔内设置有摄像头1-6、主控板1-7和舵机1-8，在筒型腔体内设置第一红外检测器1-9，主控板配备电源，电源与太阳能电池板相连，主控板用于控制所有外设和云端通信、发声与外界交互、和拍照。第一红外检测器用于检测是否有垃圾进入。筒型腔体上表面设置有按钮1-3，所述摄像头、舵机、第一红外检测器及按钮通过电路与主控板相连，筒型腔体下端面设置有受舵机驱动的旋叶门；旋叶门包括4个结构完全相同的90度扇面旋叶1-2，每扇旋叶均由对称的高低两部分构成，交替设置高低旋叶使得旋叶打开时互相不接触，旋叶弧面一侧安装于筒型腔体下端面的圆环上与舵机的传动齿轮轴相连接，舵机接收主控板信号驱动旋叶开启和闭合，旋叶的闭合开启状态如图5、图6所示；
所述垃圾仓包括1个中心垃圾仓3-1和4个排布于中心垃圾仓四个方向上的侧面垃圾仓3-2，中心垃圾仓的横截面呈正方形，侧面垃圾仓的横截面呈等腰梯形，侧面垃圾仓的上表面设置有向中心垃圾仓方向倾斜的仓盖3-3，仓盖通过转轴安装于侧面垃圾仓外侧板的上沿处，侧面垃圾仓的内侧板3-13上端与斜板3-14的连接处之间形成缺口作为垃圾进入的仓口3-11；仓盖中部设置两条相对的滑轨3-4，滑轨中间设置与之配合的挡板3-5，挡板上设置绕线孔3-7，侧面垃圾仓的外侧板上设置电机3-6，在电机的上方设置绕线杆3-8，由电机引出牵引线绳，绕过绕线杆，通过绕线孔捆绑在挡板上，挡板从轨道滑出依靠重力作用、挡板回收依靠电机转动绕线收缩将挡板收起；挡板向相对一侧伸出用于改变垃圾掉落路径的挡板，详述如下：
如图14所示，各垃圾仓对应A：塑料瓶类，B：易拉罐类，C：废纸类及快餐盒类，D：其他类，E：违规物品类(如：玻璃渣等)；
分类装置工作原理：
假设垃圾要进入A垃圾容纳箱：(B、C、D类原理相同)
第一步：处在C侧的电机转动，绕线松动，C侧挡板滑落。
第二步：四个舵机执行转动，旋叶门打开。
第三步：垃圾落下，顺着挡板进入A垃圾容纳仓。
第四步：四个舵机执行反向转动，旋叶门关闭；同时C侧的步进电机反向转动挡板被收回。
如果要进入E类垃圾：则只需要旋叶门先打开，停留2秒后闭合即可。
图12所示，一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱的使用步骤如下，
一、用户扫描箱体二维码，连接云端服务器；
二、用户投入垃圾，第一红外检测器检测是否有物体进入；控制器接收到红外脉冲，控制器控制传感器读取数据，并将数据记录；
三、摄像头拍照，控制器在垃圾图中去除黑色背景，将图片上传到服务器，服务器接收图片，倒入深度学习框架识别，框架识别完成，检测垃圾是否符合要求；
四、(1)若符合要求，则云端在客户账户内积分，并匹配对应指令传回控制器，控制器接收指令，控制电机做出相应转动，将垃圾进行分类，垃圾进行对应垃圾仓，
(2)若不符合要求，则发送对应指令给对应移动端的控制器，语音和LED屏提示违规，要求将垃圾取出，第一红外检测垃圾是否仍存在，若存在，则控制器控制电机将其投入违规垃圾仓内(中心垃圾仓)，若不存在，则操作完成。
注：在四(1)中，如置于垃圾仓内第三红外检测器检测到垃圾已满，则控制器发消息给清运人员，清运人员清运垃圾仓，并进行维护保洁。
实施例2
在实施例1的基础上，在棱柱之间设置观察窗，使观察窗表面透明，便于观察筒形腔内的垃圾；
在盖体内设置蜂鸣器，蜂鸣器通过电路与主控板相连，用于发出警报。
在筒体外壁设置LED显示屏2-1，LED显示屏上边距离垃圾箱外壳上边10cm，用于显示用户交互内容。
实施例3
在实施例1的基础上，筒体底盘上端面设置用于限位垃圾仓的座框2-2，对各垃圾仓起到限位作用。
除以上述实施例中所述功能外，可应用于本装置的其他技术设想包括：
1、电源可用可充电锂电池替换，原12经过稳压模块降压为5V向总控制器供电。
2、除图13所示的模块外，其余模块(如LED屏，太阳能)等均可更具需要拆卸。
3、垃圾箱所有机械结构均为喷漆金属结构，内置五个垃圾斗和垃圾箱外壳可以替换成硬质塑料材料。
4、每个位置红外传感器的数量可以根据需要增加或减少。
5、垃圾箱的尺寸可以根据目标场所放大或者缩小，以适应不同的尺寸需求。
6、LED屏幕上可以显示二维码供用户app扫码连接云端网络记录积分。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：包括盖体、筒体以及设置于筒体内的垃圾仓；
所述盖体中部形成有筒型腔体，盖体上表面设置有由筒型腔体上边沿延伸至四角处的四条棱柱，在盖体内部四条棱柱下方朝向筒型腔体一侧分别形成有用于安装电子装置的空腔，空腔内设置有摄像头、主控板和舵机，在筒型腔体内设置第一红外检测器，筒型腔体上表面设置有按钮，所述摄像头、舵机、第一红外检测器及按钮通过电路与主控板相连，筒型腔体下端面设置有受舵机驱动的旋叶门；
所述垃圾仓包括1个中心垃圾仓和4个排布于中心垃圾仓四个方向上的侧面垃圾仓，中心垃圾仓的横截面呈正方形，侧面垃圾仓的横截面呈等腰梯形，侧面垃圾仓的上表面设置有向中心垃圾仓方向倾斜的仓盖，仓盖上设置有受驱动沿仓盖方向向相对一侧伸出、用于改变垃圾掉落路径的挡板；
所述筒体外壁设置LED显示屏，筒体底盘上端面设置用于限位垃圾仓的座框；
所述旋叶门包括4个结构完全相同的90度扇面旋叶，每扇旋叶均由对称的高低两部分构成，旋叶弧面一侧安装于筒型腔体下端面的圆环上与舵机的传动齿轮轴相连接；
所述盖体内设置有蜂鸣器，蜂鸣器通过电路与主控板相连。
2.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述棱柱上设置太阳能电池板。
3.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述棱柱之间设置观察窗，观察窗表面透明。
4.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述仓盖通过转轴安装于侧面垃圾仓外侧板的上沿处。
5.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述仓盖中部设置两条相对的滑轨，滑轨中间设置与之配合的挡板。
6.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述挡板上设置绕线孔。
7.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述侧面垃圾仓的外侧板上设置电机，在电机的上方设置绕线杆。
8.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能分类垃圾箱，其特征在于：所述侧面垃圾仓的内侧板上端与斜板的连接处之间形成缺口作为垃圾进入的仓口。
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