CN113173354A - 一种智能垃圾分类站的语音提示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及语音提示系统，具体涉及一种智能垃圾分类站的语音提示系统，图像分割单元，用于对垃圾图像进行图像分割，直至将垃圾图像分割为只包含单个物体的待识别图像，图像识别单元，用于对待识别图像进行进行图像识别，并给出基于图像识别的垃圾分类结果，语音识别单元，用于识别用户语音，并根据用户语音给出基于语音识别的垃圾分类结果，分类输出模块，用于综合基于图像识别的垃圾分类结果、基于语音识别的垃圾分类结果，给出垃圾分类最终结果，并通过语音播报垃圾分类最终结果；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法正确提示垃圾分类投放的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及语音提示系统，具体涉及一种智能垃圾分类站的语音提示系统。
背景技术
随着经济的发展和生活水平的提高，生活垃圾的产生量也急剧增加。我国已全面开展垃圾分类回收多年，但仍存在回收效果差，垃圾分类意识薄弱等问题，城市生活垃圾的回收现状令人堪忧。在环境保护刻不容缓的今天，我国将建设资源节约型、环境友好型社会作为目标，但是缺乏相应硬件来实现垃圾分类回收的管理。因此，我国急需发展起完整、环保的垃圾处理体系，提高国民环保意识，推动相关产业发展。
如何通过垃圾分类管理，最大限度地实现垃圾资源再利用，减少垃圾处置量，是当前世界各国共同关注的问题之一。根据国家制定的统一标准，目前将生活垃圾分为四类，分别是可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。可回收垃圾表示适宜回收和资源利用的垃圾，主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类，用蓝色垃圾容器收集。厨余垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶、果皮等食品类废物，用绿色垃圾容器收集，餐厨垃圾经生物技术就地处理堆肥。有害垃圾，指含有对人体健康有害的重金属、有毒的物质，或者对环境造成严重危害、潜在危害的废弃物，包括电池、荧光灯管、灯泡、水银温度计、油漆桶、部分家电、过期药品、过期化妆品等，用红色垃圾容器收集，这些垃圾需要经过特殊处理，单独回收。其它垃圾为除上述几类垃圾外难以回收的废弃物，如砖瓦陶瓷、渣土、尘土等，用灰色垃圾容器收集，采取卫生填埋方式的处理，以有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。
由于许多区域刚刚实施垃圾分类投放制度，因此有很多居民对垃圾分类较为陌生，在日常生活中，很难做到正确分类投放垃圾，在相关配套硬件设施的建设上，需要在垃圾分类站上设置语音提示系统，用于对居民手中的垃圾进行分类投放提示。但是，现有的语音提示系统存在垃圾分类识别不准确，无法正确提示分类投放的情况，导致垃圾分类投放率较低，无法全面施行垃圾分类投放制度。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种智能垃圾分类站的语音提示系统，能够有效克服现有技术所存在的无法正确提示垃圾分类投放的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种智能垃圾分类站的语音提示系统，包括控制器，以及
图像分割单元，用于对垃圾图像进行图像分割，直至将垃圾图像分割为只包含单个物体的待识别图像；
图像识别单元，用于对待识别图像进行进行图像识别，并给出基于图像识别的垃圾分类结果；
语音识别单元，用于识别用户语音，并根据用户语音给出基于语音识别的垃圾分类结果；
分类输出模块，用于综合基于图像识别的垃圾分类结果、基于语音识别的垃圾分类结果，给出垃圾分类最终结果，并通过语音播报垃圾分类最终结果。
优选地，所述图像分割单元包括：
图像处理模块，用于对图像采集模块采集的垃圾图像进行解码、降噪处理，得到待分割图像；
图像分割模块，用于对待分割图像进行图像分割操作，得到包含一个或多个物体的分割子图像，并根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到只包含单个物体的待识别图像；
第一图像特征提取模块，用于对分割子图像进行图像特征提取，得到第一图像特征；
特征比对模块，用于将第一图像特征与标准数据库中的第一标准特征进行比对，并判断分割子图像是否为待识别图像；
分割位置判定模块，用于判定包含多个物体的分割子图像中，各物体之间的分割点位。
优选地，所述图像分割模块对待分割图像中具有明显界限的物体进行分割，得到分割子图像；
当分割位置判定模块判定包含多个物体的分割子图像中具有分割点位时，所述图像分割模块根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到待识别图像。
优选地，所述第一图像特征提取模块获取分割子图像中每个像素点的RGB值，得到第一图像特征；
所述特征比对模块在标准数据库中的第一标准特征中匹配到对应的第一图像特征时，所述特征比对模块判断分割子图像为待识别图像，否则所述特征比对模块将该分割子图像发送至分割位置判定模块。
优选地，所述分割位置判定模块获取该分割子图像的垂直投影图，并在垂直投影图中寻找物体外围轮廓交汇点，得到各物体之间的分割点位。
优选地，所述图像识别单元包括：
第二图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第二图像特征；
预分类模块，用于将第二图像特征与标准数据库中的第二标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体所属垃圾大类；
第三图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第三图像特征；
二次分类模块，用于将第三图像特征与标准数据库中的第三标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体具体分类。
优选地，所述第二图像特征提取模块对待识别图像进行卷积、池化处理，并得到预分类所需的第二图像特征；
所述预分类模块在标准数据库中匹配到与第二图像特征类似的第二标准特征时，所述预分类模块将待识别图像中的物体归属于该第二标准特征对应的垃圾大类。
优选地，所述第三图像特征提取模块对待识别图像进行图像特征提取，得到细粒度特征；
所述二次分类模块计算垃圾大类中各垃圾分类的第三标准特征与细粒度特征之间的欧式距离，并根据欧氏距离判断待识别图像中物体具体分类。
优选地，所述语音识别单元包括：
语音采集模块，采用麦克风阵列采集用户投放垃圾时的语音；
声源位置判断模块，用于根据麦克风阵列采集信号判断用户声源位置；
语音处理模块，用于根据用户声源位置对采集用户语音进行处理，得到待识别语音；
语音识别模块，用于对待识别语音进行语音识别；
分类判断模块，用于根据语音识别结果从标准数据库中匹配具体垃圾分类。
优选地，所述声源位置判断模块根据麦克风阵列中各位置处的麦克风接收用户语音的信号强度判断用户声源位置；
所述语音处理模块滤除与用户声源位置超过距离阈值的麦克风采集的用户语音，将剩余麦克风采集的用户语音进行整合，并进行降噪处理。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种智能垃圾分类站的语音提示系统，一方面能够利用图像识别输出基于图像识别的垃圾分类结果，另一方面能够根据用户语音输出基于语音识别的垃圾分类结果，并且综合基于图像识别的垃圾分类结果、基于语音识别的垃圾分类结果，给出垃圾分类最终结果，保证垃圾分类识别的准确性；在进行图像识别时，能够将垃圾图像分割为只包含单个物体的待识别图像，从而进一步提高垃圾分类识别的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种智能垃圾分类站的语音提示系统，如图1所示，包括控制器，以及图像分割单元，用于对垃圾图像进行图像分割，直至将垃圾图像分割为只包含单个物体的待识别图像。
图像分割单元包括：
图像处理模块，用于对图像采集模块采集的垃圾图像进行解码、降噪处理，得到待分割图像；
图像分割模块，用于对待分割图像进行图像分割操作，得到包含一个或多个物体的分割子图像，并根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到只包含单个物体的待识别图像；
第一图像特征提取模块，用于对分割子图像进行图像特征提取，得到第一图像特征；
特征比对模块，用于将第一图像特征与标准数据库中的第一标准特征进行比对，并判断分割子图像是否为待识别图像；
分割位置判定模块，用于判定包含多个物体的分割子图像中，各物体之间的分割点位。
图像分割模块对待分割图像中具有明显界限的物体进行分割，得到分割子图像；当分割位置判定模块判定包含多个物体的分割子图像中具有分割点位时，图像分割模块根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到待识别图像。
本申请技术方案中，图像分割模块根据分割位置判定模块判定的分割点位不断对分割子图像进行图像分割操作，直到分割至只包含单个物体的待识别图像，从而能够进一步提高后续垃圾分类识别的准确性。
第一图像特征提取模块获取分割子图像中每个像素点的RGB值，得到第一图像特征。特征比对模块在标准数据库中的第一标准特征中匹配到对应的第一图像特征时，特征比对模块判断分割子图像为待识别图像，否则特征比对模块将该分割子图像发送至分割位置判定模块。
分割位置判定模块获取该分割子图像的垂直投影图，并在垂直投影图中寻找物体外围轮廓交汇点，得到各物体之间的分割点位。分割位置判定模块可以连接各分割点位，形成分割曲线，图像分割模块按照分割曲线对分割子图像进行图像分割操作，并对分割后的图像进行尺寸归一化处理。
图像识别单元，用于对待识别图像进行进行图像识别，并给出基于图像识别的垃圾分类结果。
图像识别单元包括：
第二图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第二图像特征；
预分类模块，用于将第二图像特征与标准数据库中的第二标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体所属垃圾大类；
第三图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第三图像特征；
二次分类模块，用于将第三图像特征与标准数据库中的第三标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体具体分类。
第二图像特征提取模块对待识别图像进行卷积、池化处理，并得到预分类所需的第二图像特征。预分类模块在标准数据库中匹配到与第二图像特征类似的第二标准特征时，预分类模块将待识别图像中的物体归属于该第二标准特征对应的垃圾大类。
第三图像特征提取模块对待识别图像进行图像特征提取，得到细粒度特征。二次分类模块计算垃圾大类中各垃圾分类的第三标准特征与细粒度特征之间的欧式距离，并根据欧氏距离判断待识别图像中物体具体分类。
本申请技术方案中，先对待识别图像中的物体进行垃圾大类的分类归属，再对待识别图像中的物体进行具体地垃圾分类，能够有效提高垃圾分类识别的准确度。
语音识别单元，用于识别用户语音，并根据用户语音给出基于语音识别的垃圾分类结果。
语音识别单元包括：
语音采集模块，采用麦克风阵列采集用户投放垃圾时的语音；
声源位置判断模块，用于根据麦克风阵列采集信号判断用户声源位置；
语音处理模块，用于根据用户声源位置对采集用户语音进行处理，得到待识别语音；
语音识别模块，用于对待识别语音进行语音识别；
分类判断模块，用于根据语音识别结果从标准数据库中匹配具体垃圾分类。
声源位置判断模块根据麦克风阵列中各位置处的麦克风接收用户语音的信号强度判断用户声源位置。语音处理模块滤除与用户声源位置超过距离阈值的麦克风采集的用户语音，将剩余麦克风采集的用户语音进行整合，并进行降噪处理。
本申请技术方案中，用户在投放垃圾时，向语音采集模块说出待投放垃圾的名称，声源位置判断模块根据麦克风阵列采集信号判断用户声源位置，语音处理模块根据用户声源位置与采集麦克风之间的距离，对麦克风阵列采集的用户语音进行处理，滤除可能包含干扰信号的用户语音，保证后续语音识别结果的准确性。
分类输出模块，用于综合基于图像识别的垃圾分类结果、基于语音识别的垃圾分类结果，给出垃圾分类最终结果，并通过语音播报垃圾分类最终结果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：包括控制器，以及
图像分割单元，用于对垃圾图像进行图像分割，直至将垃圾图像分割为只包含单个物体的待识别图像；
图像识别单元，用于对待识别图像进行进行图像识别，并给出基于图像识别的垃圾分类结果；
语音识别单元，用于识别用户语音，并根据用户语音给出基于语音识别的垃圾分类结果；
分类输出模块，用于综合基于图像识别的垃圾分类结果、基于语音识别的垃圾分类结果，给出垃圾分类最终结果，并通过语音播报垃圾分类最终结果。
2.根据权利要求1所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述图像分割单元包括：
图像处理模块，用于对图像采集模块采集的垃圾图像进行解码、降噪处理，得到待分割图像；
图像分割模块，用于对待分割图像进行图像分割操作，得到包含一个或多个物体的分割子图像，并根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到只包含单个物体的待识别图像；
第一图像特征提取模块，用于对分割子图像进行图像特征提取，得到第一图像特征；
特征比对模块，用于将第一图像特征与标准数据库中的第一标准特征进行比对，并判断分割子图像是否为待识别图像；
分割位置判定模块，用于判定包含多个物体的分割子图像中，各物体之间的分割点位。
3.根据权利要求2所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述图像分割模块对待分割图像中具有明显界限的物体进行分割，得到分割子图像；
当分割位置判定模块判定包含多个物体的分割子图像中具有分割点位时，所述图像分割模块根据分割点位对分割子图像进行图像分割操作，得到待识别图像。
4.根据权利要求3所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述第一图像特征提取模块获取分割子图像中每个像素点的RGB值，得到第一图像特征；
所述特征比对模块在标准数据库中的第一标准特征中匹配到对应的第一图像特征时，所述特征比对模块判断分割子图像为待识别图像，否则所述特征比对模块将该分割子图像发送至分割位置判定模块。
5.根据权利要求4所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述分割位置判定模块获取该分割子图像的垂直投影图，并在垂直投影图中寻找物体外围轮廓交汇点，得到各物体之间的分割点位。
6.根据权利要求2所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述图像识别单元包括：
第二图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第二图像特征；
预分类模块，用于将第二图像特征与标准数据库中的第二标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体所属垃圾大类；
第三图像特征提取模块，用于对待识别图像进行图像特征提取，得到第三图像特征；
二次分类模块，用于将第三图像特征与标准数据库中的第三标准特征进行比对，并判断待识别图像中物体具体分类。
7.根据权利要求6所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述第二图像特征提取模块对待识别图像进行卷积、池化处理，并得到预分类所需的第二图像特征；
所述预分类模块在标准数据库中匹配到与第二图像特征类似的第二标准特征时，所述预分类模块将待识别图像中的物体归属于该第二标准特征对应的垃圾大类。
8.根据权利要求7所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述第三图像特征提取模块对待识别图像进行图像特征提取，得到细粒度特征；
所述二次分类模块计算垃圾大类中各垃圾分类的第三标准特征与细粒度特征之间的欧式距离，并根据欧氏距离判断待识别图像中物体具体分类。
9.根据权利要求6所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述语音识别单元包括：
语音采集模块，采用麦克风阵列采集用户投放垃圾时的语音；
声源位置判断模块，用于根据麦克风阵列采集信号判断用户声源位置；
语音处理模块，用于根据用户声源位置对采集用户语音进行处理，得到待识别语音；
语音识别模块，用于对待识别语音进行语音识别；
分类判断模块，用于根据语音识别结果从标准数据库中匹配具体垃圾分类。
10.根据权利要求9所述的智能垃圾分类站的语音提示系统，其特征在于：所述声源位置判断模块根据麦克风阵列中各位置处的麦克风接收用户语音的信号强度判断用户声源位置；
所述语音处理模块滤除与用户声源位置超过距离阈值的麦克风采集的用户语音，将剩余麦克风采集的用户语音进行整合，并进行降噪处理。
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