CN115082395A - 一种航空行李自动识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空行李自动识别系统及方法，属于行李识别托运领域，系统包括RFID识别确认子系统，包括第一行李传送机构、图像采集设备、第一RFID设备、RFID驱动装置以及上位机；第一行李传送机构用于接收行李包裹，并对行李包裹进行输送；第一RFID设备用于对行李条码进行扫描识别；RFID驱动装置用于驱动第一RFID设备移动至正对行李条码的位置；图像采集设备用于实时采集第一行李传送机构以及行李包裹的图像；上位机用于根据第一行李传送机构图像建立空间坐标系，确定行李包裹在空间坐标系中的三维坐标，并控制RFID驱动装置带动第一RFID设备对行李包裹进行跟踪。能够提高识别行李条码的准确性和托运效率。

Description

一种航空行李自动识别系统及方法

技术领域

本发明涉及行李识别托运领域，特别是涉及一种航空行李自动识别系统及方法。

背景技术

国际航空运输协会(International Air Transport Association，IATA)最新提出了OneID概念，通过基于身份管理和生物识别的无文件流程，以简化旅客们的旅程。想要实现OneID全流程概念，离不开对旅客行李的实时追踪。根据IATA标准要求，从旅客办理行李托运开始一直到旅客抵达目的地提取行李为止，对旅客行李追踪定位都需要借助RFID识别技术实现。

目前，自助行李托运设备大多采用开放式托运方式进行行李托运，在托运过程中需要使用RFID设备对旅客的行李上的行李条进行条码扫描识别。然而，现有技术中在使用RFID设备进行行李条码扫描识别时，通常将RFID设备固定在某一位置，RFID设备不能移动，不能根据行李的位置调整RFID设备的读取位置，这样很容易造成无法读取到行李条码以及串读、误读行李条码的情况，识别精度较低，使得行李需要反复退回重新办理托运，降低托运效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空行李自动识别系统及方法，以提高识别行李条码的准确性，从而有效提升行李的托运效率，解决现有技术中使用RFID设备扫描行李条码时容易出现无法读取到行李条码、串读、误读，从而导致行李托运效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一方面，本发明提出了一种航空行李自动识别系统，所述系统包括RFID识别确认子系统；所述RFID识别确认子系统包括：第一行李传送机构、图像采集设备、第一RFID设备、RFID驱动装置以及上位机；

所述第一行李传送机构用于接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送；

所述第一RFID设备用于对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机；

所述RFID驱动装置用于驱动所述第一RFID设备移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置；

所述图像采集设备用于实时采集所述第一行李传送机构以及所述行李包裹的图像，并发送给所述上位机；

所述上位机用于根据所述第一行李传送机构图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标控制所述RFID驱动装置带动所述第一RFID设备对所述行李包裹进行跟踪移动。

可选地，所述系统还包括RFID初识别子系统；

所述RFID初识别子系统包括第二RFID设备和第二行李传送机构；所述第二行李传送机构用于在初识别阶段，接收所述行李包裹并对所述行李包裹进行输送；所述第二RFID设备用于在初识别阶段，对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别；

所述第一行李传送机构的首端与所述第二行李传送机构的末端对接，使所述行李包裹经过所述第二行李传送机构后进入到所述第一行李传送机构，以此通过所述RFID识别确认子系统对所述行李包裹进行识别确认阶段的扫描识别。

可选地，所述上位机包括：移动距离确定模块、移动角度计算模块和移动控制模块；

所述移动距离确定模块，用于根据所述第一RFID设备在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，确定所述第一RFID设备需要移动的距离；

所述移动角度计算模块，用于根据所述第一RFID设备在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，采用空间向量法，计算所述第一RFID设备需要移动的角度；

所述移动控制模块，用于根据所述第一RFID设备需要移动的距离和角度制定移动策略，并向所述RFID驱动装置下发移动策略指令，控制所述RFID驱动装置按照所述移动策略指令驱动所述第一RFID设备移动到所述行李包裹的正上方；所述行李条码位于所述行李包裹的上表面。

可选地，所述上位机还包括：图像坐标系建立模块和空间坐标系建立模块；

所述图像坐标系建立模块，用于构建图像坐标系；所述图像坐标系是以所述图像采集设备采集的矩形图像的左上角顶点为原点建立的二维坐标系；

所述空间坐标系建立模块，用于对所述图像坐标系进行填充处理，得到所述空间坐标系。

可选地，所述图像坐标系建立模块包括：图像采集设备标定单元、世界坐标系建立单元、图像采集坐标系获取单元、像平面坐标系获取单元和图像坐标系获取单元；

所述图像采集设备标定单元，用于对所述图像采集设备进行标定，确定所述图像采集设备的内参数矩阵和外参数矩阵；所述内参数矩阵和所述外参数矩阵作为建立各个坐标系的数据基础，所述内参数矩阵用于获取所述图像采集设备的镜头信息，所述外参数矩阵用于确定所述图像采集设备相对于所述世界坐标系的位置信息和测距信息；

所述世界坐标系建立单元，用于建立世界坐标系；所述世界坐标系为以所述第一行李传送机构中心为原点建立的三维基准坐标系；

所述图像采集坐标系获取单元，用于对世界坐标系进行平移操作和旋转操作，得到图像采集坐标系；所述图像采集坐标系是以所述图像采集设备的镜头中心为原点建立的三维坐标系；

所述像平面坐标系获取单元，用于对所述图像采集坐标系进行投影操作和平移操作，得到像平面坐标系；所述像平面坐标系是以所述图像采集设备拍摄的矩形图像的几何中心为原点建立的二维坐标系；

所述图像坐标系获取单元，用于对所述像平面坐标系进行平移操作和单位一致性转换处理，得到所述图像坐标系。

可选地，所述空间坐标系建立模块包括：点云数据集获取单元和点云数据填充单元；

所述点云数据集获取单元，用于获取点云数据集；所述点云数据集为由所述图像坐标系上各个点的特征信息构成的数据集；所述特征信息包括所述图像坐标系上各个点的三维坐标信息、颜色信息、时间信息、分类值和强度值；

所述点云数据填充单元，用于根据所述点云数据集，对所述图像坐标系进行点云数据填充，得到所述空间坐标系。

可选地，所述上位机根据所述行李包裹图像，采用CamShift物体跟踪算法实时计算所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标。

可选地，所述上位机还包括：功率调整模块；

所述功率调整模块，用于建立所述第一RFID设备的运行功率与所述第一RFID设备可移动空间范围之间的map映射关系，并根据所述map映射关系以及所述第一RFID设备与所述行李条码的相对位置，对所述第一RFID设备的运行功率进行动态调整；

所述行李条码与所述第一RFID设备的距离，与所述第一RFID设备的运行功率成正比。

可选地，所述上位机还包括：识别结果判断模块与识别结果执行模块；

所述识别结果判断模块，用于接收所述第一RFID设备发送的行李条码识别结果，并根据所述行李条码识别结果和实际行李条码判断是否对所述行李包裹放行；所述实际行李条码为航信平台预先为所述行李包裹下发的唯一行李条码，且所述实际行李条码存储于所述上位机内；

所述识别结果执行模块，用于当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码一致时，控制所述第一行李传送机构对所述行李包裹进行放行；当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码不一致时，控制所述第一行李传送机构将所述行李包裹输送至初始位置，重新对所述行李包裹的行李条码进行扫描识别。

另一方面，本发明还提出了一种航空行李自动识别方法，所述方法包括：

通过第一行李传送机构接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送；

所述图像采集设备实时采集所述第一行李传送机构以及所述行李包裹的图像，并发送给上位机；

所述上位机根据所述第一行李传送机构图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标确定RFID驱动装置和第一RFID设备的移动策略，并向所述RFID驱动装置下发移动指令；

所述RFID驱动装置根据移动指令，带动所述第一RFID设备移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置；

所述第一RFID设备对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机；

所述上位机根据所述行李条码识别结果判断是否控制所述第一行李传送机构对所述行李包裹进行放行。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种航空行李自动识别系统及方法，系统包括、图像采集设备、第一RFID设备、RFID驱动装置以及上位机。现有的航空行李识别系统中的RFID设备固定在某一位置不能移动，不能根据行李包裹的位置调整第一RFID设备的读取位置，从而容易发生无法读取到行李条码以及串读、误读行李条码的情况。而本发明能够根据行李包裹的空间坐标，通过RFID驱动装置动态调整第一RFID设备的位置，使第一RFID设备能够自动追踪行李包裹并对准行李包裹上的行李条码，从而能够准确、高效地扫描识别到行李条码，有效提高了识别行李条码的准确性，提升了扫描行李条码的通过率，解决了因RFID设备固定在某一位置不能移动容易无法扫描到行李条码、串读误读行李条码的问题，进而有效提高了旅客自助托运行李的效率。

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。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例1提供的航空行李自动识别系统的整体框架图；

图2为本发明实施例1提供的RFID识别确认子系统的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的上位机内各程序模块的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的行李传送过程中的三维空间范围的示意图；

图5为本发明实施例1提供的世界坐标系与相机坐标系的转化示意图；

图6为本发明实施例1提供的相机坐标系与图像坐标系的转化示意图；

图7为本发明实施例1提供的相机坐标系与图像坐标系的投影示意图；

图8为本发明实施例1提供的相机坐标系与图像坐标系的平面示意图；

图9为本发明实施例1提供的行李空间位置追踪示意图；

图10为本发明实施例1提供的RFID驱动装置驱动第一RFID设备移动的示意图；

图11为本发明实施例1提供的RFID功率调整示意图；

图12为本发明实施例1提供的行李条码判断示意图；

图13为本发明实施例2提供的航空行李自动识别方法的流程图。

标号说明：

1-第一行李传送机构；2-图像采集设备；3-第一RFID设备；4-RFID驱动装置；5-上位机；6-升降杆；7-图像坐标系建立模块；8-空间坐标系建立模块；9-世界坐标系建立单元；10-图像采集坐标系获取单元；11-像平面坐标系获取单元；12-图像坐标系获取单元；13-图像采集设备标定单元；14-点云数据集获取单元；15-点云数据填充单元；16-功率调整模块；17-识别结果判断模块；18-识别结果执行模块；19-移动距离确定模块；20-移动角度确定模块；21-移动控制模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的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。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本发明对根据本发明的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在用户终端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

现有的航空行李自动识别系统大多单纯使用RFID技术进行行李条码扫描识别，这样容易造成多个RFID条码串读、误读等问题，使得行李反复退回重新办理，从而导致托运效率低。并且，在使用第一RFID设备对行李条码扫描读取时，一般是将第一RFID设备固定在某一位置，不能根据行李的位置调整第一RFID设备的读取位置，如果以较大功率读取行李条码会造成串读、误读等问题，若以较小功率去读取行李条码则可能因为行李距第一RFID设备较远而读不到行李条码，从而导致无法识别行李条码。并且，由于现有的航空行李自动识别系统的RFID串读、误读等问题导致行李条码识别率不高，往往需要借助激光扫描仪器去辅助检测行李条码。而激光扫描仪器有扫描死角，需要多个设备多角度扫描才能完成对行李条码的识别，故而使得硬件成本较高。

本发明的目的是提供一种航空行李自动识别系统及方法，以提高识别行李条码的准确性，从而有效提升行李的托运效率，解决现有技术中使用第一RFID设备扫描行李条码时容易出现串读、误读，从而导致行李托运效率低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种航空行李自动识别系统，所述系统包括RFID初识别子系统和RFID识别确认子系统。

其中，所述RFID初识别子系统包括第二RFID设备和第二行李传送机构；所述第二行李传送机构用于在初识别阶段，接收所述行李包裹并对所述行李包裹进行输送；所述第二RFID设备用于在初识别阶段，对所述行李包裹上的行李条码进行初次扫描识别，并可通过第二RFID设备直接输出初识别行李条码识别结果。或者，还可在所述RFID初识别子系统中增设计算机和显示器，用于对初识别行李条码识别结果的判断处理和显示。

如图2所示，所述RFID再确认系统包括：第一行李传送机构1、图像采集设备2、第一RFID设备3、RFID驱动装置4以及上位机5。其中，第一行李传送机构1、图像采集设备2、第一RFID设备3、RFID驱动装置4均与上位机5连接。

其中，所述第一行李传送机构1用于接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送，且在上位机5的控制下，该第一行李传送机构1还能够对行李包裹进行拦截停止和放行。所述第一行李传送机构1可以是传送带或者位移机械臂等，本实施例中第一行李传送机构1优选传送带。

本实施例中，所述RFID驱动装置4用于驱动所述第一RFID设备3移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置。所述第一RFID设备3用于对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机5。如图10所示，RFID驱动装置4与第一RFID设备3之间还设置有升降杆6，通过升降杆6将RFID驱动装置4与第一RFID设备3连接固定到一起，并在上位机5和RFID驱动装置4的控制下，通过升降杆6对第一RFID设备3进行升降，实现对第一RFID设备3的位置的调整。

所述图像采集设备2用于实时采集所述第一行李传送机构1以及所述行李包裹的图像，并发送给所述上位机5。所述图像采集设备2可以是相机、摄影机或者其他具有拍摄功能的移动终端。本实施例中，图像采集设备2优选双目相机。

所述上位机5用于根据所述第一行李传送机构1图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标控制所述RFID驱动装置4带动所述第一RFID设备3对所述行李包裹进行跟踪移动。

本实施例中的RFID识别确认子系统与RFID初识别子系统分别可以单独使用，也可以同时使用。

当RFID识别确认子系统与RFID初识别子系统同时使用时，RFID识别确认子系统布置于RFID初识别子系统之后，且所述第一行李传送机构1的首端与所述第二行李传送机构的末端对接，使所述行李包裹在通过初识别阶段的扫码识别后，经过所述第二行李传送机构进入到所述第一行李传送机构1，以此通过所述RFID识别确认子系统对所述行李包裹进行识别确认阶段的扫描识别，从而实现了对行李包裹的双重识别确认，达到了RFID再确认的目的。

其中，RFID初识别子系统可以是市面上正常使用的行李自动识别系统，其至少包括一个第二RFID设备和一个第二行李传送机构，将该第二行李传送机构作为第一节行李传送带，在其后与本发明中RFID识别确认子系统中的第一行李传送机构1进行首尾对接，将RFID识别确认子系统中的第一行李传送机构1作为第二节行李传送带，利用基于RFID再确认技术的RFID识别确认子系统对行李包裹进行再次识别确认，以提高行李包裹的识别准确性，解决现有技术中行李托运时缺乏RFID再确认流程的问题。

如图3所示，本实施例中，所述上位机5包括：图像坐标系建立模块7和空间坐标系建立模块8。

其中，所述图像坐标系建立模块7，用于构建图像坐标系；所述图像坐标系是以所述图像采集设备2采集的矩形图像的左上角顶点为原点建立的二维坐标系；所述空间坐标系建立模块8，用于对所述图像坐标系进行填充处理，得到所述空间坐标系。

其中，所述图像坐标系建立模块7包括：图像采集设备标定单元13、世界坐标系建立单元9、图像采集坐标系获取单元10、像平面坐标系获取单元11和图像坐标系获取单元12。

所述图像采集设备标定单元13，用于对所述图像采集设备2进行标定，即相机标定，确定所述图像采集设备2的内参数矩阵和外参数矩阵；所述内参数矩阵和所述外参数矩阵作为建立各个坐标系的数据基础，所述内参数矩阵用于获取所述图像采集设备2的镜头信息，所述外参数矩阵用于确定所述图像采集设备2相对于所述世界坐标系的位置信息和测距信息。

本发明通过三维重建算法实现对传送中行李的RFID再确认，三维空间坐标重建主要是锁定识别行李的三维空间范围，如图4所示。通过内参数矩阵、外参数矩阵、畸变参数来锁定，首先进行的就是相机标定，相机标定的目的是为了消除畸变以及得到内、外参数矩阵。其中，内参数矩阵可以理解为焦距相关，它是一个从平面到像素的转换，焦距不变它就不变，所以确定内参数矩阵以后就可以重复使用。而外参数矩阵反映的是摄像机坐标系即图像采集坐标系与世界坐标系的转换。畸变参数，一般也包含在内参数矩阵中，从作用上来看，内参数矩阵是为了得到相机镜头的信息，并消除畸变，使得到的图像更为准确；外参数矩阵是为了得到相机相对于世界坐标系的联系，是为了最终的测距。

所述世界坐标系建立单元9，用于建立世界坐标系；所述世界坐标系为以所述第一行李传送机构1中心为原点建立的三维基准坐标系。

所述图像采集坐标系获取单元10，用于对世界坐标系进行平移操作和旋转操作，得到图像采集坐标系；所述图像采集坐标系是以所述图像采集设备2的镜头中心为原点建立的三维坐标系。

本实施例中，由于图像采集设备2使用的是相机，图像采集坐标系就是相机坐标系。在图5中，C代表着相机坐标系的原点，O代表着世界坐标系的原点，只需要一个平移操作(平移到原点重合)和一个旋转操作(旋转到三个轴对齐)就可以将世界坐标系转换为相机坐标系，即图像采集坐标系。

其中，世界坐标系与图像采集坐标系的转换公式可以表示为：

其中，R表示旋转矩阵，

表示x点在世界坐标系中的位置，

表示图像采集坐标系的原点C在世界坐标系中的位置，

表示x点在图像采集坐标系的位置。

所述像平面坐标系获取单元11，用于对所述图像采集坐标系进行投影操作和平移操作，得到像平面坐标系；所述像平面坐标系是以所述图像采集设备2拍摄的矩形图像的几何中心为原点建立的二维坐标系。

在图6中，C表示相机坐标系的原点，即相机中心，p表示图像中心，相机坐标系和图像坐标系的Z轴在一条线上。将图6进行简单的投影得到图7，其中，f为相机的焦距，这里存在一个等比列对称关系，当把相机坐标系一点(X，Y，Z)投影到图像坐标系中的点(x，y)，即可通过x＝f*X/Z，y＝f*Y/Z计算得到该点坐标。

本实施例中，像平面坐标系是以矩形图像几何中心为原点，x、y轴分别平行于图像画幅边缘线的二维坐标系，单位为物理尺寸；而图像坐标系是以矩形图像的左上角顶点为原点，u、v轴分别平行于图像画幅的边缘线，以像素为单位；因此，将像平面坐标系转化为图像坐标系，需要经过平移和单位一致性转换。

所述图像坐标系获取单元12，用于对所述像平面坐标系进行平移操作和单位一致性转换处理，得到所述图像坐标系。

通过上述转换，只能将相机坐标系和像平面坐标系转换到同一个平面下，如图8所示，因此还需要一个平移操作，p在像平面坐标系的位置为(px，py)，可以得到最终的变换公式：x＝f*X/Z+px，y＝f*Y/Z+py。

根据上述公式，本实施例进一步计算得到相机内参K和投影矩阵P，如下：

其中，I为单位矩阵，即对角线上全是1的矩阵，0表示全部元素都是0的矩阵。但由于相机坐标系和图像坐标系的衡量单位是不一样的，相机坐标系是以m为单位，图像坐标系中是以像素点数量为单位，因此，需要进行单位一致性转换。假设mx为在水平方向的1m所包含像素点个数，my为在竖直方向的1m所包含像素点个数，那么K就更新为：

其中，fx，fy，cx，cy分别为通过相机内参数矩阵得到的四个参数，根据这四个参数通过matlab等数学工具构建坐标系，得到图像坐标系。

本实施例中，所述空间坐标系建立模块8包括：点云数据集获取单元14和点云数据填充单元15。

所述点云数据集获取单元14，用于获取点云数据集；所述点云数据集为由所述图像坐标系上各个点的特征信息构成的数据集；所述特征信息包括所述图像坐标系上各个点的三维坐标信息、颜色信息、时间信息、分类值和强度值等。本实施例中，通过上位机5程序控制双目相机抓取第二节传送带通道即RFID再确认系统中第一行李传送机构1内的图像，利用点云图获取点云坐标，建立RFID再确认系统中第一行李传送机构1通道内的三维空间坐标系。

所述点云数据填充单元15，用于根据所述点云数据集，对所述图像坐标系进行点云数据填充，得到所述空间坐标系。

所述上位机5根据所述行李包裹图像，采用CamShift物体跟踪算法实时计算所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，包括行李包裹中心点在空间坐标系中的初始坐标和最终坐标以及中间任一时刻的三维坐标。并且，还能够采用CamShift物体跟踪算法确定第一RFID设备3在所述空间坐标系中的三维坐标。

本实施例对行李包裹进行空间位置追踪时，采用双目相机对行李包裹进行抓拍，确定行李包裹在此坐标系内的空间坐标。根据获取的空间坐标系，经过仿射变换之后，能够从图像中获取行李包裹的初始方框位置，如图9所示。

本实施例采用的CamShift物体跟踪算法具体步骤如下：

A1、生成颜色概率分布图。

CamShift物体跟踪算法利用目标的颜色直方图模型将图像转换为颜色概率分布图，初始化一个搜索窗的大小和位置，并根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗口的位置和大小，从而定位出当前图像中目标的中心位置。

色彩投影图(反向投影)：

(1)RGB颜色空间对光照亮度变化较为敏感，为了减少此变化对跟踪效果的影响，首先将图像从RGB空间转换到HSV空间。

(2)对其中的H分量作直方图，在直方图中代表了不同H分量值出现的概率或者像素个数，就是说可以查找出H分量大小为h的概率或者像素个数，即得到了颜色概率查找表。

(3)将图像中每个像素的值用其颜色出现的概率对替换，就得到了颜色概率分布图。这个过程为反向投影，颜色概率分布图是一个灰度图像。

A2、定位目标行李的中心位置。

利用Meanshift算法实现目标行李的定位。Meanshift算法是一种密度函数梯度估计的非参数方法，通过迭代寻优找到概率分布的极值来定位目标，Meanshift算法过程为：

(a1)在颜色概率分布图中选取搜索窗W；

(a2)计算零阶距：

计算一阶距：

计算搜索窗的质心：x_c＝M₁₀|M₀₀；y_c＝M₀₁|M₀₀；

(a3)调整搜索窗大小，宽度为

长度为1.2s；

(a4)移动搜索窗的中心到质心，如果移动距离大于预设的固定阈值，则重复(a2)、(a3)、(a4)，直到搜索窗的中心与质心间的移动距离小于预设的固定阈值，或者循环运算的次数达到某一最大值，停止计算。

将Meanshift算法扩展到连续图像序列，就是CamShift物体跟踪算法。它将视频的所有帧做Meanshift运算，并将上一帧的结果，即搜索窗的大小和中心，作为下一帧Meanshift算法搜索窗的初始值。如此迭代下去，就可以实现对目标的跟踪。算法过程为：(b1)初始化搜索窗；(b2)计算搜索窗的颜色概率分布(反向投影)；(b3)运行Meanshift算法，获得搜索窗新的大小和位置；(b4)在下一帧视频图像中用(b3)中的值重新初始化搜索窗的大小和位置，再跳转到(b2)继续进行。

CamShift物体跟踪算法能有效解决目标变形和遮挡的问题，对系统资源要求不高，时间复杂度低，在简单背景下能够取得良好的跟踪效果。本实施例将其初始方框位置作为初始输入，采用CamShift物体跟踪算法，能够达到行李实时追踪的效果，从而能够很好的输出行李在移动过程中的坐标参数。需要说明的是，CamShift物体跟踪算法和Meanshift算法均为现有技术，在此不再赘述。

CamShift物体跟踪算法具有一定的尺度变换性，对于行李在整个空间坐标系的远近能够很好识别。它利用识别物体的颜色直方图模型将其转换为颜色概率分布图，通过初始化搜索窗的位置与大小，从而定位出本帧图像中识别的行李包裹的位置。旅客进行行李托运时，带有RFID标签的行李包裹进入第一行李传送机构1通道内时，会在第一行李传送机构1通道中的第一RFID设备3的光眼位置停下来等待确认行李包裹是否可以放行。

如图3所示，本实施例中，所述上位机5还包括：移动距离确定模块19、移动角度确定模块20和移动控制模块21。

其中，移动距离确定模块19，用于根据所述第一RFID设备3在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李包裹上的行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，确定所述RFID驱动装置4驱动所述第一RFID设备3需要移动的距离。

移动角度确定模块20，用于根据所述第一RFID设备3在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，采用空间向量法，计算所述RFID驱动装置4驱动所述第一RFID设备3需要移动的角度。

移动控制模块21，用于根据所述RFID驱动装置4驱动所述第一RFID设备3需要移动的距离和角度制定移动策略，并向所述RFID驱动装置4下发移动策略指令，控制所述RFID驱动装置4按照所述移动策略指令驱动所述第一RFID设备3移动到所述行李包裹的正上方；所述行李条码一般位于所述行李包裹的上表面。

本实施例中，RFID驱动装置4设置有6个电机，RFID驱动装置4采用数学直角正交坐标系，每个电机绕着电机转子旋转轴进行顺时针或逆时针旋转，通过6个电机共同的旋转运动，使得RFID驱动装置4与升降杆6之间以及升降杆6与第一RFID设备3之间的各个关节的俯仰、旋转等全方位的移动操作，实现一系列的复杂操作，使得第一RFID设备3能够轻松对准行李包裹上的行李条码。

本实施例中，RFID驱动装置4运动控制需要解决的核心问题是：确定物体的位置(即该物体中心点坐标)和RFID设备的移动方向，基于RFID驱动装置4、升降杆6以及RFID设备之间的各个关节，上位机5程序自动计算出RFID驱动装置4的各关节角度位置，将第一RFID设备3准确传送到行李包裹的正上方部位，并对准RFID标签即行李条码的读取位置。本实施例将RFID驱动装置4的三维复杂运动简化为两个平面的运动，即“俯视平面”和“垂直平面”的组合运动，从而降低系统的运动复杂度和计算难度，提高RFID驱动装置4驱动第一RFID设备3移动的准确性。

本实施例中，根据第一RFID设备3在空间坐标系中的初始坐标，以及行李包裹上的行李条码中心点在空间坐标系中的最终坐标，确定RFID驱动装置4驱动所述第一RFID设备3需要移动的距离。其中，物体的位置即行李包裹上的行李条码中心点的最终坐标P_c(x_c，y_c，z_c)和第一RFID设备3的初始坐标P_r(x_r，y_r，z_r)在图像坐标系和空间坐标系中为已知坐标，因此，利用公式

计算RFID驱动装置4驱动第一RFID设备3进行移动的空间移动距离d，从而得到RFID驱动装置4驱动第一RFID设备3需要移动的距离。

然后，采用空间向量法，根据第一RFID设备3在空间坐标系中的初始坐标，以及行李条码中心点在空间坐标系中的最终坐标，计算第一RFID设备3和行李包裹上行李条码中心点各自移动的两个向量之间的夹角，也就是两个空间坐标点之间的夹角，将其作为RFID驱动装置4驱动第一RFID设备3需要移动的角度。本实施例中，由于与RFID驱动装置4连接的第一RFID设备3的空间坐标是固定的，即第一RFID设备3的初始坐标是固定的，故根据行李包裹上的行李条码中心点的空间坐标可以计算得到第一RFID设备3与行李条码中心点的移动轨迹，然后通过上位机5的移动控制模块21控制RFID驱动装置4驱动第一RFID设备3对行李包裹上行李条码进行追踪，直到移动到行李条码标签正上方停止，如图10所示。

移动角度具体计算过程为：

已知

可得

cosθ＝(x_rx_c+y_ry_c+z_rz_c)/|r||c|；

其中，

分别表示第一RFID设备3、行李包裹上行李条码中心点从最初位置移动到最终位置的两个向量，θ为第一RFID设备3向量和行李条码中心点向量之间的夹角。

本实施例中，所述上位机5还包括：功率调整模块16。

所述功率调整模块16，用于建立所述第一RFID设备3的运行功率与所述第一RFID设备3可移动空间范围之间的map映射关系，并根据所述map映射关系以及所述第一RFID设备3与所述行李包裹的相对位置，对所述第一RFID设备3的运行功率进行动态调整，如图11所示。

本实施例中，所述行李包裹与所述第一RFID设备3的距离，与所述第一RFID设备3的运行功率成正比。即第一RFID设备3到行李包裹上的行李条码的距离越远，第一RFID设备3的运行功率越大；第一RFID设备3到行李包裹上的行李条码的距离越近，第一RFID设备3的运行功率越小。

现有的行李自动识别系统如果以较大功率读取行李条码会造成串读、误读等问题，若以较小功率去读取行李条码则可能因为行李包裹距RFID设备较远而读不到行李条码，从而导致无法识别行李条码。本发明通过设置功率调整模块16实现行李空间与RFID设备空间的功率一致性对标，根据此前建立的三维空间坐标系，通过建立第一RFID设备3功率大小与移动空间范围的map映射关系，使得能够根据RFID设备与行李包裹上行李条码的空间相对位置，自动对第一RFID设备3的功率进行动态调整，当行李包裹及其行李条码相距第一RFID设备3处于较远空间位置时，则将第一RFID设备3的功率调高；当行李包裹及其行李条码相距第一RFID设备3处于较近空间位置时，则将第一RFID设备3的功率也相应调低，从而实现第一RFID设备3功率的适配性动态调整，保证第一RFID设备3的识别范围的准确、可控。

本实施例中，所述上位机5还包括：识别结果判断模块17与识别结果执行模块18。

所述识别结果判断模块17，用于接收所述第一RFID设备3发送的行李条码识别结果，并根据所述行李条码识别结果和实际行李条码，采用双交叉算法判断是否对所述行李包裹放行；所述实际行李条码为航信平台预先为所述行李包裹下发的唯一行李条码。

本实施例通过双交叉算法能够准确地判断出行李条码识别结果即第一RFID设备3扫描出的行李条码是否正确，从而对识别正确的行李包裹进行放行。其中，双交叉算法为智慧航司航信领域中现有技术，在此不再赘述。

所述识别结果执行模块18，用于当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码一致时，控制所述第一行李传送机构1对所述行李包裹进行放行；当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码不一致时，控制所述第一行李传送机构1将所述行李包裹输送至初始位置，重新对所述行李包裹的行李条码进行扫描识别。

本实施例中，通过上位机5的功率调整模块16采用RFID内置函数控制调整功率后的第一RFID设备3读取行李条码，然后上位机利用双交叉算法，即采用对航信平台预先下发的实际行李条码以及第一RFID设备3识别出的行李条码进行交叉求集的方法，从而确认第一RFID设备3识别读取出的行李条码是否正确，进而判断出是否对此行李包裹进行放行，若第一RFID设备3识别读取出的行李条码正确，则对该行李包裹进行放行；若第一RFID设备3识别读取出的行李条码错误，则控制第一行李传送机构1将该行李包裹送回至第一行李传送机构1或第二行李传送机构的初始位置，如图12所示，以对该行李包裹重新进行识别确认，从而解决行李条码的串读、误读、无法识别的问题。

需要说明的是，本实施例上位机5中各个功能性模块，均是采用上位机5程序实现的，通过上位机5编程执行程序的方式，实现上述各个功能。容易理解的是，本实施例上位机5中各个功能模块仅仅是对本方案的举例说明，为了实现更多功能，还可以增设其他功能模块。

现有的航空行李自动识别系统大多单纯使用RFID技术进行行李条码扫描识别，并且，在使用RFID设备对行李条码扫描读取时，一般是将RFID设备固定在某一位置，不能根据行李的位置调整RFID设备的读取位置，这样容易造成多个RFID条码串读、误读等问题，使得行李反复退回重新办理，从而导致托运效率低。本发明能够根据行李包裹的空间坐标，通过RFID驱动装置4动态调整第一RFID设备3的位置，使第一RFID设备3能够自动追踪行李包裹并对准行李包裹上的行李条码，从而能够准确、高效地扫描识别到行李条码，有效提高了识别行李条码的准确性，提升了一次扫描行李条码的通过率，解决了因RFID设备固定在某一位置不能移动容易无法扫描到行李条码、串读误读行李条码的问题，进而有效提高了旅客自助托运行李的效率。

由于现有的航空行李自动识别系统的RFID串读、误读等问题导致行李条码识别率不高，往往需要借助激光扫描仪器去辅助检测行李条码。而激光扫描仪器有扫描死角，需要多个设备多角度扫描才能完成对行李条码的识别，故而使得硬件成本较高。本发明采用RFID再确认技术，仅需一台第一RFID设备3，而不再需要激光扫描仪器等设备作为辅助设备来检测行李条码，明显降低了硬件成本。

实施例2

对应于实施例1中的航空行李自动识别系统，本实施例提供了一种航空行李自动识别方法，如图13所示，所述方法具体包括以下步骤：

步骤S1、通过第一行李传送机构1接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送；

步骤S2、所述图像采集设备2实时采集所述第一行李传送机构1以及所述行李包裹的图像，并发送给上位机5；

步骤S3、所述上位机5根据所述第一行李传送机构1图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标计算RFID驱动装置4和第一RFID设备3的移动策略，并向所述RFID驱动装置4下发移动指令；

步骤S4、所述RFID驱动装置4根据移动指令，带动所述第一RFID设备3移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置；

步骤S5、所述第一RFID设备3对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机5；

步骤S6、所述上位机5根据所述行李条码识别结果判断是否控制所述第一行李传送机构1对所述行李包裹进行放行。

除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种航空行李自动识别系统，其特征在于，所述系统包括RFID识别确认子系统；所述RFID识别确认子系统包括：第一行李传送机构、图像采集设备、第一RFID设备、RFID驱动装置以及上位机；

所述第一行李传送机构用于接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送；

所述第一RFID设备用于对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机；

所述RFID驱动装置用于驱动所述第一RFID设备移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置；

所述图像采集设备用于实时采集所述第一行李传送机构以及所述行李包裹的图像，并发送给所述上位机；

所述上位机用于根据所述第一行李传送机构图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标控制所述RFID驱动装置带动所述第一RFID设备对所述行李包裹进行跟踪移动。

2.根据权利要求1所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述系统还包括RFID初识别子系统；

所述RFID初识别子系统包括第二RFID设备和第二行李传送机构；所述第二行李传送机构用于在初识别阶段，接收所述行李包裹并对所述行李包裹进行输送；所述第二RFID设备用于在初识别阶段，对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别；

所述第一行李传送机构的首端与所述第二行李传送机构的末端对接，使所述行李包裹经过所述第二行李传送机构后进入到所述第一行李传送机构，以此通过所述RFID识别确认子系统对所述行李包裹进行识别确认阶段的扫描识别。

3.根据权利要求1所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述上位机包括：移动距离确定模块、移动角度计算模块和移动控制模块；

所述移动距离确定模块，用于根据所述第一RFID设备在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，确定所述第一RFID设备需要移动的距离；

所述移动角度计算模块，用于根据所述第一RFID设备在所述空间坐标系中的初始坐标，以及所述行李条码中心点在所述空间坐标系中的最终坐标，采用空间向量法，计算所述第一RFID设备需要移动的角度；

所述移动控制模块，用于根据所述第一RFID设备需要移动的距离和角度制定移动策略，并向所述RFID驱动装置下发移动策略指令，控制所述RFID驱动装置按照所述移动策略指令驱动所述第一RFID设备移动到所述行李包裹的正上方；所述行李条码位于所述行李包裹的上表面。

4.根据权利要求3所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述上位机还包括：图像坐标系建立模块和空间坐标系建立模块；

所述图像坐标系建立模块，用于构建图像坐标系；所述图像坐标系是以所述图像采集设备采集的矩形图像的左上角顶点为原点建立的二维坐标系；

所述空间坐标系建立模块，用于对所述图像坐标系进行填充处理，得到所述空间坐标系。

5.根据权利要求4所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述图像坐标系建立模块包括：图像采集设备标定单元、世界坐标系建立单元、图像采集坐标系获取单元、像平面坐标系获取单元和图像坐标系获取单元；

所述图像采集设备标定单元，用于对所述图像采集设备进行标定，确定所述图像采集设备的内参数矩阵和外参数矩阵；所述内参数矩阵和所述外参数矩阵作为建立各个坐标系的数据基础，所述内参数矩阵用于获取所述图像采集设备的镜头信息，所述外参数矩阵用于确定所述图像采集设备相对于所述世界坐标系的位置信息和测距信息；

所述世界坐标系建立单元，用于建立世界坐标系；所述世界坐标系为以所述第一行李传送机构中心为原点建立的三维基准坐标系；

所述图像采集坐标系获取单元，用于对世界坐标系进行平移操作和旋转操作，得到图像采集坐标系；所述图像采集坐标系是以所述图像采集设备的镜头中心为原点建立的三维坐标系；

所述像平面坐标系获取单元，用于对所述图像采集坐标系进行投影操作和平移操作，得到像平面坐标系；所述像平面坐标系是以所述图像采集设备拍摄的矩形图像的几何中心为原点建立的二维坐标系；

所述图像坐标系获取单元，用于对所述像平面坐标系进行平移操作和单位一致性转换处理，得到所述图像坐标系。

6.根据权利要求4所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述空间坐标系建立模块包括：点云数据集获取单元和点云数据填充单元；

所述点云数据集获取单元，用于获取点云数据集；所述点云数据集为由所述图像坐标系上各个点的特征信息构成的数据集；所述特征信息包括所述图像坐标系上各个点的三维坐标信息、颜色信息、时间信息、分类值和强度值；

所述点云数据填充单元，用于根据所述点云数据集，对所述图像坐标系进行点云数据填充，得到所述空间坐标系。

7.根据权利要求1所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述上位机根据所述行李包裹图像，采用CamShift物体跟踪算法实时计算所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标。

8.根据权利要求3所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述上位机还包括：功率调整模块；

所述功率调整模块，用于建立所述第一RFID设备的运行功率与所述第一RFID设备可移动空间范围之间的map映射关系，并根据所述map映射关系以及所述第一RFID设备与所述行李条码的相对位置，对所述第一RFID设备的运行功率进行动态调整；

所述行李条码与所述第一RFID设备的距离，与所述第一RFID设备的运行功率成正比。

9.根据权利要求3所述的航空行李自动识别系统，其特征在于，所述上位机还包括：识别结果判断模块与识别结果执行模块；

所述识别结果判断模块，用于接收所述第一RFID设备发送的行李条码识别结果，并根据所述行李条码识别结果和实际行李条码判断是否对所述行李包裹放行；所述实际行李条码为航信平台预先为所述行李包裹下发的唯一行李条码，且所述实际行李条码存储于所述上位机内；

所述识别结果执行模块，用于当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码一致时，控制所述第一行李传送机构对所述行李包裹进行放行；当所述行李条码识别结果与所述实际行李条码不一致时，控制所述第一行李传送机构将所述行李包裹输送至初始位置，重新对所述行李包裹的行李条码进行扫描识别。

10.一种航空行李自动识别方法，其特征在于，所述方法包括：

通过第一行李传送机构接收行李包裹，并对所述行李包裹进行输送；

所述图像采集设备实时采集所述第一行李传送机构以及所述行李包裹的图像，并发送给上位机；

所述上位机根据所述第一行李传送机构图像建立空间坐标系，根据所述行李包裹图像确定所述行李包裹在所述空间坐标系中的三维坐标，并根据所述行李包裹的三维坐标确定RFID驱动装置和第一RFID设备的移动策略，并向所述RFID驱动装置下发移动指令；

所述RFID驱动装置根据移动指令，带动所述第一RFID设备移动至正对所述行李包裹的行李条码的位置；

所述第一RFID设备对所述行李包裹上的行李条码进行扫描识别，输出行李条码识别结果，并将所述行李条码识别结果发送给所述上位机；

所述上位机根据所述行李条码识别结果判断是否控制所述第一行李传送机构对所述行李包裹进行放行。

Images