CN1154956C - 用于光学检测平台上多个物品的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测存在多个物品的设备，所述设备包括一个平台，在其上可以放置一个或多个物品；以及一个检测器，它相对于平台放置以接收在平台上的一个或多个物品的轮廓的图象。构造和安排检测器以产生相应于轮廓的信号。该信号指出在平台上是否有多个物品。例如，检测器可以是移动的点检测器、线状检测器或二维阵列检测器。所述设备可以和诸如自动化图书出借装置之类的库存控制装置一起使用，以防止未经允许而取走库存物品。

Description

用于光学检测平台上多个物品的设备和方法
技术领域
本发明针对用于确定平台上存在多个物品的设备和方法。尤其，本发明涉及一种自动库存控制装置和方法，用于光学确定在平台上多个库存物品的存在。
发明背景
自动库存控制系统常常加快从库存中取走物品。图书馆是使用自动库存控制系统这种设备的一个例子。许多图书馆使用诸如条形码标签之类的识别标记，以识别它们的某些或全部的物资。通过对标记扫描，可以从数据库检索物品的本身(identity)。当对顾客的图书馆卡上的另一个标记进行扫描时，可以把图书馆物品出借给顾客。
时常由图书馆工作人员来进行这种出借操作。然而，许多图书馆正在安装自动化系统，允许顾客自己对书本和其它图书馆物资办理出借。自动化系统的一个例子起始于顾客向自动出借装置出示他的图书馆卡，该装置读出在卡上的识别标记。然后把图书馆的每个物品顺序地放在装置上，装置读出该物品的识别标记，系统记录该物品作为已经出借给顾客的物品。
也有一种系统防止未经允许就把物品从图书馆取走。这种系统的一个例子使用诸如磁条之类的库存控制标志，可以激活或撤销所述磁条(例如，去磁和再充磁)。在每一本书中或其它图书馆物品中都提供库存控制标志，而把传感器放置在设备的入口和/或出口处。为了完成库存控制功能，在把图书或其它物品放回到书架上之前先激活每个库存控制标志。当出借图书馆物品时，撤销库存控制标志。然后顾客可以走过传感器而不激励报警。然而，如果顾客无论是故意地还是无意地试图不对图书馆物品办理出借就走过传感器，则会发出报警声和/或例如用门来挡住顾客。目前，为顾客办理出借的图书馆工作人员是人工地撤销库存控制标志的。
大多数传统的自动化出借装置也撤销已出借的图书馆物品中的自动库存控制标志。对于磁性库存控制标志，一般是这样进行的，即把附有(一般靠近书脊)磁条(库存控制标志)的图书馆物品带到产生直流(DC)场的电磁铁附近。然而，如果在自动出借装置中把两本或多本书或其它图书馆物品叠放或彼此相接近，则只读出一个识别标记，但是可以撤销两个库存控制标志。这允许顾客取走两个或多个图书馆物品而实际上只对一个物品办理了出借。因此，希望有一种机构，它可以确定在出借装置上或出借装置中是否有多个物品。
当前使用的一种用于确定存在两个或多个图书馆物品的方法是对库存控制标志进行扫描。对于磁性库存控制标志该过程一般包括使用恒定的磁场。在某些情况下可能不希望这样，特别，如果附近有其它的电子装置，因为可能产生干扰，造成这些装置的功能不正常。此外，这种系统经常有分辨率的限制，可能难于独立地分辨在诸如薄的书本、盒式磁带或CD之类的物品上的各别的库存控制标志，以致传感器可以只检测单个标志。因此，存在着对于新的和改进的方法的需求，这种方法用于确定在库存控制装置中或库存控制装置上的库存物品数。
发明概要
本发明涉及一种装置和方法，用于以光学的方式确定在库存控制装置上是否放置多个物品。本发明的一种用于检测静止平台上存在多个物品的设备，所述设备包括：(a)光源，用于照亮在平台上的物品的一维边缘轮廓；(b)检测器，它与光源隔开，并且相对于平台放置成以接收所述一维边缘轮廓的二维图像；以及(c)信号发生器，用于提供相应于所述一维边缘轮廓的二维图像的信号，其中，超过预定值的信号偏离指出在平台上存在多个物品。
另一个实施例是库存控制设备，它具有带平台的外壳，在平台上可以放置物品。把光源耦合到外壳，用光来照亮在平台上的物品。光源引导光使之沿着在平台上的物品的轮廓。该装置还包括一个二维检测器，把它耦合到外壳并放置得可接收由在平台上的物品改变方向的光源的光。安排检测器产生相应于物品轮廓的信号。把一个可选的处理器耦合到检测器，用于估算来自检测器的信号以确定在平台上的物品数。库存控制装置还可以包括一个扫描器，把它耦合到外壳并放置得可读出放置在平台上的物品上所提供的物品识别号；以及一个库存控制撤销装置，当处理器指示在平台上只存在一个库存物品而且扫描器已经读出并验证在库存物品上存在物品识别号时，该库存控制撤销装置撤销在库存物品上的库存控制标志。
本发明还针对一种方法，该方法用于确定在平台上存在多个物品。检测器接收已经由平台上的物品改变方向的光。产生相应于平台上的物品轮廓的信号。估算信号以确定平台上的物品数。
又一个实施例是库存控制的一种方法。用光照亮平台上的物品。至少一部分光从平台上的物品轮廓改变方向射到二维检测器。检测器产生相应于轮廓的检测器信号。估算检测器信号以确定在平台上是否有多个库存物品。
不打算以本发明的上述概要来描述所揭示的每个实施例或本发明的每一个实施。下面的附图和详细描述更详细地示例了这些实施例。
附图简述
结合附图考虑下述的本发明各实施例的详细描述，可以更完整地理解本发明，其中：
图1是方框图，描述根据本发明的库存控制装置的一个实施例的功能；
图2是根据本发明的库存控制装置的一个实施例的透视图；
图3是各种轮廓的透视图，它们可以用于图2的库存控制装置的光学检测器；
图4是根据本发明的光学检测器的一个实施例的透视图，用于图2的库存控制装置；
图5是根据本发明的光学检测器的另一个实施例的透视图，用于图2的库存控制装置；
图6是根据本发明的光学检测器的第三个实施例的透视图，用于图2的库存控制装置；
图7是图6的光学检测器接收到的信号的图形；
图8是根据本发明的一个示例过程的流程图，用于图1的库存控制装置；
图9A和9B是根据本发明的示例过程的连续的流程图，用于估算从图1的库存控制装置的光学检测器得到的信号；
图10A和10B是根据本发明的示例过程的连续的流程图，用于估算从具有图6的光学检测器的图1的库存控制装置的光学检测器得到的信号；
图11A-11G是起初从图4的装置接收到的经处理的信号的曲线图显示；以及
图12A和12B到17A和17B是从图6的装置接收到的经预处理(带后缀“A”的图)和经后处理(带后缀“B”的图)的信号的曲线图显示。
示例的实施例的描述
本发明可以应用到确定在库存控制装置上是否放置多个物品的装置和方法。尤其，本发明针对这样一种装置和方法，它使用光学技术来检测在库存控制装置上放置的多个物品。虽然不是这样地限制本发明，但通过讨论一种如下所述并示于图中的，在图书馆中作为自动出借装置使用的库存控制装置，将得到对本发明的各个方面的理解。可以理解，在诸如零售杂货店、工厂、生产线、或包裹的装运之类的其它的库存控制情况中可以使用相似的装置。
在图1中示出示例库存控制装置100的方框图。库存控制装置100一般包括光学检测器120，它接收经反射的光或接收经在库存控制装置100上/中的库存物品改变方向的光。然后可以使用来自光学检测器120的信号以确定是否存在多个物品。把光学检测器120耦合到处理器110，该处理器接收来自光学检测器120的信号并分析信号以确定是否存在多个物品。在某些实施例中，处理器110也可以激励光学检测器120，例如，当出现有效的用户时，或当把物品放置在库存控制装置100中时。在其它的实施例中，可以连续地或周期性地激励光学检测器120，以致当把物品放置在库存控制装置100中时检测器120能对其确定。然后光学检测器激励装置使之开始出借过程。
库存控制装置100可以包括一个或多个光学部件，包括光源124、物品识别扫描器106、和/或库存控制标志撤销装置112。在图1中未示出的其他可选物品包括：显示器，用于向用户提供信息和指令；输入装置(诸如袖珍键盘、键盘或屏上(on-screen)菜单系统)，以允许用户输入；以及告警装置，可以激励该装置把出借过程中的问题通知图书馆工作人员。
虽然在某些实施例中可以使用环境光，但可以使用光源124来照亮在库存控制装置100中的物品。例如，当存在有效的用户，或把物品放置在库存控制装置100中时，可以把处理器110耦合到光源以激励光源。另一种做法是，当任何时候接通库存控制装置100时就激励光源。
可以使用可选的物品识别扫描器106来读出在物品上的识别标记以确定正在对哪个物品办理出借。然后物品识别扫描器106可以把该信息传递给处理器110，该处理器查阅数据库111以确定物品的本体和/或更新在数据库中的物品状态(例如“出借”或“登记收回”)。物品识别扫描器106还可以接收来自处理器110的信号以激励扫描器106，例如当把物品放置在库存控制装置100中时。例如，可以使用物品识别扫描器106或另外的扫描器(未示出)来读出图书馆卡上的顾客识别标记。把该信息也提供给处理器110并用来从数据库111确定用户的状态。
一旦确定在库存控制装置100上只有一个物品，就可以使用可选的库存控制标志撤销装置112来撤销在物品上的库存控制标志。把库存控制标志撤销装置112耦合到处理器110，由该处理器确定是否有多个物品。也可以如此构造处理器110使之在撤销库存控制标志之前要求用户具有有效的用户识别号。
处理器110可以是单个的处理单元或可以包含多个处理单元，每个处理单元具有一个或多个功能。一般，使某些或全部的处理单元(特别是那些具有互补功能的处理单元)都耦合在一起。可以在库存控制装置100的外壳中提供处理器100或处理器100可以远离库存控制装置100，诸如一台外接计算机，所述计算机具有到库存控制装置100的合适的输入和输出连接以及用于操作该装置的合适的软件。使用硬件、固件、软件或它们的组合可以实现由处理器110执行的各种功能。
数据库111可以是单个数据库或多个数据库。数据库111可以是处理器110的一部分或可以是远离处理器的，诸如，例如一台图书馆中央计算机。
如图2所示，库存控制装置100的一个实施例有一个平台102，在该平台上放置库存物品104。库存控制装置100可以可选地包括一个向用户提供信息的显示器单元(未示出)。如果在图书馆中使用库存控制装置100，则这种信息可以包括使用装置100的指南、正在出借的库存物品104的清单、对于过期物品的提醒和/或如上所述的如果出借过程暂停或终止则发出告警和指示。在图书馆的情况下，库存物品104可以包括例如书本、杂志、磁带、CD、录像带和计算机软件。除非另外指明，把这些物品通称为“书本”，虽然可以理解，除非另行指明，可以用其它物品来替代。
库存控制装置100还包括用于读出在库存物品104上的识别标记的物品识别扫描器106。一般把在识别标记108上的信息提供给处理器，该处理器查阅库存物品的数据库以更新正在出借的特定库存物品104的状态。如果在数据库中找不到识别标记108，则库存控制装置100例如可以不允许库存物品被出借和/或提示顾客到图书馆工作人员那里去解决问题。
例如，也可以使用物品识别扫描器106来读出在图书馆卡(未示出)上的顾客识别号。另一种做法是，可以使用分开的顾客识别扫描器(未示出)。可以用数据库对顾客识别号相互参照以确定顾客的状态。如果数据库指示存在诸如书本过期或分配给顾客的卡无效之类的问题，则可以向顾客提示到图书馆工作人员那里去解决问题。如果顾客识别号是有效的，则当顾客出借库存物品104时，可以更新一个或两个数据库。
库存控制装置100还可以有一个库存控制标志撤销装置112，当把库存物品放置在库存控制装置100之中或其上时，该撤销装置撤销在库存物品104上的库存控制标志114。在本技术领域中，库存控制标志撤销装置是众所周知的。一旦对物品104的出借已经成功，一般就发生库存控制标志114的撤销。可以使用多种不同的库存控制标志114。例如，在图书馆、书店、音乐书店中，共同的库存控制标志是磁条，把该磁条放置在书、盒式磁带或CD之中或其上(例如，在书脊上或在CD或盒式磁带上)。库存控制标志的一个例子是可以从明尼苏达州St.Paul的3M公司购得，牌号为DSB-2，商品名称为TATTLETAPETM。在第3,747,086号美国专利中描述过该标志。把一个合适的磁铁或一系列磁铁放置在标志114的附近，或使标志和/或磁铁彼此相对运动，可以激活和/或撤销磁性库存控制标志。实践中，一般，当把书本归还给图书馆时，激活磁性库存控制标志114。当顾客出借书本时，撤销库存控制标志114，以致顾客从图书馆出去时不会发出报警或发送告警给图书馆工作人员。
所使用的其它类型的库存控制标志114例如包括染料标记。经常在服装店中使用这种类型的库存控制标志，未经允许的人员在那里拆除染料标记会造成染料逸出到衣服上。一般由销售人员来去除库存控制标志，他有合适的库存控制标志撤销装置。可以理解，可以使用其它类型的库存控制标志以及去除、检测、激活和/或撤销库存控制标志114的方法。还可以理解，在所有的库存控制装置100中不需要库存控制标志撤销装置。
在1998年4月10日提出的题为“用于激活和撤销物品的电磁监视标志的方法和设备”的第09/058,636号美国专利申请中描述了用于图书馆的一种库存控制装置100中的库存控制标志撤销装置112。该库存控制标志撤销装置112包括一个或多个永久磁铁。当出借一个物品104时，把一个或多个磁铁拿到放置在物品之内或其上的磁性库存控制标志114的附近。时常把磁性库存控制标志114放置在书脊或其它相似物品的附近以防止无意或故意地把它除去。当已经成功地出借物品104时，在库存控制标志撤销装置112上的一个或多个磁铁从库存控制装置100的一边扫描到另一边，以撤销磁性库存控制标志114。在另一个实施例中，库存控制标志撤销装置112包括一个磁铁阵列，一旦已经成功地出借库存物品104时，使该磁铁阵列移过磁性库存控制标志114。在另一个实施例中，库存控制标志撤销装置112包括一个形成电磁铁的导线线圈，适当地构造该线圈使之产生磁场，一旦已经成功地出借库存物品104时，该磁场将撤销磁性库存控制标志114。
如上所述，内部或外部处理器110可以引导和控制库存控制标志撤销装置114，该处理器接收由物品识别扫描器106读出的信息。当处理器确定经允许的顾客已经把库存物品104放置在平台102上而且已经成功地对物品104的识别标记108进行扫描时，就激励库存控制标志撤销装置112以撤销在库存物品104之中或其上的库存控制标志114。
然而，如上所述，该系统也可能不恰当地撤销第二个物品118的库存控制标志114，所述第二个物品叠置在第一个物品104的上面、下面、里面或放在其旁边。这样，未对第二个物品118的识别标记108进行扫描和顾客未对第二个物品118办理出借就可能故意地或无意地撤销第二个物品118的库存控制标志114。这样，允许顾客未对该物品办理出借就把它带出图书馆而图书馆不知道该物品的丢失，因为该物品仍登记在图书馆的数据库中就象它还存在于图书馆中一样。这就突出了对本发明的另一个方面的需求。
为了防止撤销和带走未经物品识别扫描器106扫描的第二个物品118，提供了一个光学检测器120，以确定在平台102上存在多个物品104、118。光学检测器120接收来自物品104、118而朝光学检测器120改变方向的光。光学检测器120使用改变方向的光以产生一个可以估算的信号来确定是否已经在平台102上放置两个或多个物品。如图2所示，可以把光学检测器120放置在库存控制装置100旁和物品识别扫描器106相同的一侧，或装置100旁和扫描器106相对的一侧。在另一个实施例中，可以在装置100上的多个位置处提供光学检测器120以提供多个透视图。
使用经改变方向的光，光学检测器确定放置在库存控制装置100的平台102上的库存物品104、118的轮廓。术语“轮廓”描述库存物品104、118的边缘与光的平面的截口。轮廓的一个例子是线段150，该线是在平面中沿库存物品104、118的边缘形成的，所述平面近似地垂直于平台102，如图3所示。然而，轮廓可以沿在库存物品1 04、118的边缘处的其它线段152形成，它由不垂直于平台102的平面确定。在许多情况中，轮廓是线段154，该线段具有相应于库存物品104、118的偏移安排的偏移部分156、158。
可以使用可选的光源124来把光导向库存物品104、118。然后可以通过反射或漫反射使该光的一部分改变方向，从库存物品104、118反射到检测器120。这样，由于照度的增加，一般提高了光学检测器120的灵敏度。然而，在某些实施例中，不用光源124而用环境光已经足够。由物品104、118改变方向的光一般通过物品104、118反射或散射到光学检测器120。
根据所使用的检测器120的类型，光源124至少可以部分地提供可见和/或红外辐射。光源可以是多色的(具有宽的波长带)或单色的(具有单个波长或相对窄的波长带)。多色光源的例子包括白炽和荧光灯和/或灯泡。单色光源的例子包括激光器、发光二极管(LED)和已经滤色以提供具有窄带宽的光的多色光源。光发射器124可以是脉冲式的以降低操作库存控制装置所需要的功率大小，以允许使用等级较低的激光器和/或增加装置的可转换性。
一般，在库存控制装置100的外壳126中提供光学检测器120和光源124两者。通常在光学检测器120(和可选的光源124)与库存物品104之间的外壳壁118对经光学检测器120检测和/或由光源124辐射的光的类型是透明的。例如，如果通过光学检测器120检测可见光，则可以由诸如清澈或透明的玻璃或塑料之类的材料来制造壁，这些材料对于至少一个所要求的波长或一组波长的可见光是透明的。例如，如果光学检测器120是对于红外光敏感的，则一般该壁由相对于红外光透明的材料制造，但是可以对可见光不透明。一种这样的材料是烟灰色玻璃(smoked glass)，它允许库存控制装置100隐蔽地工作。
光学检测器120可以取多种形式。例如，可以从一个光敏半导体检测器元件222的一维(1-D)阵列来形成光学检测器220，例如包括红外接收器、光电二极管或电荷耦合器件(CCD)的元件，如图4所示。各别的检测器元件222接收从库存物品204、218向光学检测器220改变方向的光(环境光和/或来自可选光源224的光)，并将光信号转换成电信号，然后可以把电信号发送到处理器(未示出)用于估算。在本实施例中，各别的检测器元件222接收来自沿库存物品204、218的轮廓150的相应点的光。
在又一个实施例中，一般地如图4所示，光学检测器220能够沿一条轴线滑动，所述轴线一般平行于平台202(即，沿方向251)。光学检测器220在沿该轴线的两个或多个位置处接收光，因此，得到库存物品204、218的两个或多个分开的轮廓。这对于检测彼此偏移或具有不同宽度的库存物品可能是有用的。
另一种做法是，可以把一个库存控制撤销装置(未示出)耦合到光学检测器220，以致两者前后移动(如图4所示，一般沿后壁240而不是侧壁)。除非库存控制装置200确定在平台202上有多个物品204、218，否则库存控制撤销装置撤销在库存物品上的库存控制标志。
在图5中描绘光学检测器320的另一个实施例。在本实施例中，光学检测器320包括至少一个光发射器326和至少一个光接收器328。把光发射器326和光接收器328安装在可以在一个轨道332中移动的滑块330上。一般把滑块330耦合到一个马达(未示出)或其它装置以使滑块330在轨道332中移动。在操作中，光发射器326把光发射到库存物品(未示出)。然后，该光从这些物品改变方向并由接收器328接收。然后由光接收器328把该光转换成发送到处理器(未示出)的电信号，如上所述。沿轨道332在接收器的各个位置处得到该信号。一般，与光从光发射器326辐射到由光接收器328接收所需的时间相比，滑块330沿轨道以相对低的速率行进。
另一种做法是，光发射器326和/或光接收器328不移动，而使一个或多个可动或倾斜的镜子(未示出)移动。可以把来自光发射器326的光引导到镜子，然后向沿库存物品的轮廓的不同位置反射。可以使由库存物品反射的沿轮廓的特定位置的光通过镜子反射到光接收器328。可以使用这些镜子中的一个或两者对轮廓进行扫描，或发射器和接收器两者可以使用相同的镜子。从光学检测器320得到的信号与通过图4的光学检测器220得到的信号有对应性。作为沿轨道通过一次的时间的函数标绘来自光学检测器320的信号与作为位置的函数标绘来自光学检测器220的信号相对应。
一般，由诸如检测器220、320等光学检测器产生的电信号在相应于分界面的位置处改变幅度，所述分界面在两个或多个库存物品之间或在库存物品和平台或空的空间之间。监视诸如超过阈值的幅度变化的信号偏离以确定在平台上是否有多个库存物品。可以使用多种信号处理技术以增强这些偏离。例如，可以使用滤波技术来除去随机噪声，以及可以减去存储的背景信号以去除至少某些系统噪声。此外，例如为了突出偏离，可以使用微分或其它边缘检测方法来增强信号。这种技术在本技术领域中是公知的。还可以使用除幅度之外的信号特征的偏离以在信号中携带信息。
一旦已经对信号进行处理，可以在超过阈值的所考虑的信号特征(例如，幅度)中对偏离的数目进行计数。特定阈值与多种因素有关，诸如所使用的光学检测器120和光源124的类型以及库存控制装置100的光学特性。在某些实施例中，为了消除寄生信号，可能要求信号偏离超过多个连续数据点或多个连续数据点的平均值超过阈值。一般，出现两个超过阈值的偏离指出在平台上存在单个库存物品。两个以上的超过阈值的偏离可能表示存在一个以上的物品。然而，例如，如果信号偏离太靠近则可以忽略它们；如果表示一个物品的偏离相互接近到比表示预定的最小厚度的偏离还要靠近，则可以忽略它们。
当指示有多个物品时，库存控制装置110可以暂停出借经扫描的物品104，并可以指令顾客通过移走额外的物品118来纠正该情况，把单个物品104放置在正确的位置上(例如，紧接后壁)，或请教图书馆工作人员来解决问题。仅当库存控制装置100合理地确定在平台上只存在一个物品时，才激励库存控制标志撤销装置112。考虑到错误肯定(false positive)达到不必要的程度是尤其令人讨厌的，可对该装置编程以提供所要求的可靠度。
在图6中示出光学检测器420的另一个实施例。光学检测器420一般包括诸如红外接收器、光电二极管或在CCD或CMOS阵列中的元件之类各别的光敏半导体检测器元件(未示出)的二维阵列。光学检测器420连同一般产生窄光束的光源424一起使用。光源可以产生光的扇形区域或光源可以是一个可沿一条或多条轴线移动的点光源，以沿轮廓450来照亮库存物品404、418。一般，如此放置光学检测器420和光源424，以致来自光源424照亮库存物品404、418的光至少有一部分改变方向射到光学检测器420。
图7示出典型的轮廓452，这是当两个彼此偏移的库存物品404、418对于光学检测器420显现的轮廓。从物品404、418反射的信号部分是偏移的，这是由于两个物品404、418的位置差异引起的距离差从光源424算起的的角度差异。因此，通过检查在检测器处偏离大于阈值的信号可以检测在平台上的多个物品。即使两个库存物品404、418没有偏移，可能有一个相应于两个物品之间的空间的信号。可以通过这里描述的方法对该信号进一步处理或加强。因此，检测算法可以对根据超过阈值的基本信号来搜索任何偏离。一般由所使用的特定的光学检测器420和光源424来确定阈值。一般，阈值至少是噪声峰值的两倍，以有助于消除寄生信号。降低由于噪声引起的假信号的另一种方法是对于多个数据点要求信号保持阈值(例如，对于3个数据点信号超过阈值)。根据数个因素来选择特定的数据点数，这些因素包括收集数据点的速率和噪声源的瞬时特性。
至少在某些实施例中，可以使用二维光学检测器420使用三角测量方法来确定物品404、418在三维空间中的位置。一种三角测量方法使用光源424和检测器420的透镜的光心的已知位置，以及相对于一条基线的来自光源424的光的投射角和改变方向的光与光学检测器420相交的角度。后面的这个角度可以分解成两个相对于检测器420的透镜中心的正交分量。这些参数提供足够的信息以确定在三维空间中的物品的位置。光学检测器的象素间距限制了三角测量位置的空间分辨率。可以使用有关物品位置的信息来确定在平台上是否有多个物品。
在图8的流程图中示出图1的库存控制装置100的一般操作的一个例子。也可以使用库存控制装置的其它操作方法。例如，在本例子中库存控制装置100从自图书馆卡读出顾客识别码开始出借过程(步骤705)。可以由物品识别扫描器106或其它扫描器读出顾客识别码。搜索数据库以确定顾客识别码是否表示允许把图书馆资料出借给该顾客(步骤710)。如果不允许出借给该顾客(例如，顾客的过期书太多，顾客欠罚款或代码无效)，则暂停出借步骤(步骤715)。在某些实施例中，库存控制装置100会引导顾客到图书馆工作人员处澄清问题。在其它实施例中，库存控制装置可能使过程终止。
其次，由物品识别扫描器106读出物品识别标记108(步骤720)。然后搜索数据库以确定物品识别标记108的有效性(步骤725)。如果在物品上未读出标记、该标记无效、或因为任何原因而不准许该标记，则暂停对于该物品的出借过程(步骤730)。再有，例如，库存控制装置100可以引导顾客到图书馆工作人员处和/或终止对于该物品的过程。
如果标记是有效的，则检测器120接收来自在平台102上的一个物品或多个物品的反射光(步骤735)。然后处理来自光学检测器120的信号以确定在平台102上是否有一个以上的物品(步骤740)。如果只检测到一个物品，则把该物品出借给顾客(步骤745)。否则，暂停出借步骤(步骤715)。在某些实施例中，库存控制装置100可能指点顾客重新试验，去除额外的物品、把物品重新放置在平台上和/或从图书馆工作人员处请求帮助。在其它实施例中，库存控制装置100可以终止出借过程。
还可以使用此步骤的多种变形。一种变形的例子是在读出物品识别标记之前为了多个物品而先对平台扫描(步骤735、740和715)。还可以使用增加、删去和重新安排步骤等过程的其它变形。
可以使用多种过程估算来自光学检测器120的信号以确定在平台102上的库存物品数。在图9A和9B中以流程图的形式描述一个示例的过程，其中9B接在9A的后面。过程开始于询问库存控制装置100是否准备好接收信号(步骤810)。在某些例子中，例如，如果光学检测器120还未预热，或装置100一直要等到从图书馆卡读出有效用户识别号而检测到有效用户，则装置100可能未准备好。如果装置100未准备好，则可选地经过任意的时间间隔后重新开始过程。
如果装置100已经准备好，则光学检测器120接收光并产生相应于所接收光的电信号(步骤815)。对于是否把所获得的信号作为背景信号进行可选的询问(步骤820)。如果将把所获得的信号作为背景信号，则把该背景信号存储在存储器中(步骤822)而程序恢复等待(步骤810)。可能要求使用背景噪声以去除系统性的不规则性，例如包括：由于在光学检测器120中的各个检测器元件的灵敏度差异引起的不规则性或在壁、透镜或其它光学器件(当把光导向在平台上的物品并向检测器120改变方向时，光通过这些光学器件)中的不规则性。可以周期地得到背景信号，或仅在某些条件下得到背景信号(诸如当启动装置100时或当用户指令装置100这样做时)得到背景信号。
如果所获得的信号不是背景信号，则可以从所获得的信号除去可选的、以前存储的背景信号(步骤825)。其次，对所获得的信号进行滤波以去除过剩噪声(步骤830)。可以通过众知的技术来完成这种滤波，例如包括：时间平均、线性滤波、中值滤波、平均接近点或自适应曲线拟合技术，诸如线性最小二乘方方法。
然后可选地使用各种技术可以增强信号中的偏离，这些技术例如包括：信号的微分、高通滤波器、或其它边缘检测技术(步骤835)。从不同库存物品之间或库存物品和平台或空间之间的分界面处发生在信号中的偏离。可以使用一般是低通滤波器的第二滤波器来降低或消除在低于阈值的增强信号中的小变化(步骤840)。
然后观察信号(如果完成可选步骤835，而增强了该信号的变化)以确定在幅度(或某些其它信号特征)中的偏离的数目是大于阈值δ还是小于δ(步骤845)。阈值δ可以动态地适应于系统中预期的噪声。然而，一般，可以使用如步骤840中的滤波以降低或消除小幅度噪声。在某些实施例中，处理器估算许多不同类型的变化，例如包括：高度超过阈值的阶跃和峰值。
在示于图9B中的下一个步骤847中，对于在步骤845中允许的第一变化(例如，峰值或阶跃)进行询问，例如它是否位于接近平台但是大于第二阈值α处，所述α表示在平台上方可接受的最小距离。如果为“真”，则可能是被检测的库存物品搁在或覆盖在未经检测的库存物品的上面，例如，一本书搁在CD盒上。在该情况中，暂停库存物品的出借过程(步骤870)。
如果第一峰值的位置不大于第二阈值α(步骤847)，则下一个步骤850确定超过阈值δ的两个接连变化之间的距离是否小于第三阈值β。如果后一个询问的回答为“是”，则把超过第一阈值δ的变化数目减去1(步骤852)。这指出这样一种情况，即，两个变化分开的距离小于可接受的最小物品厚度(例如，信号将指出诸如书这样的的库存物品，它太薄了)。对于所有超过阈值δ的峰值重复该过程(步骤853)。
然后询问保持超过第一阈值电平δ的变化数目是否大于2(步骤855)。如果对该询问的答复为“是”，则这指出可能在平台上有两个或多个物品，并因此暂停出借过程(步骤870)。
然后询问由检测器接收到的总能量是否超过一个阈值量γ(步骤860)。如果能量不超过阈值量，则这指出检测器可能例如被顾客的手盖住，因此不能够检测在平台上是否放置多个物品。在这种情况下，也暂停出借过程(步骤870)。
如果已经正确地回答所有的询问，则准许出借请求(步骤865)。当准许出借请求时，更新顾客数据库和/或库存物品数据库以表示已经出借了该物品并激励库存控制标志撤销装置以撤销在库存物品上的库存控制标志。如果暂停出借请求，则可能终止该请求和/或可能指点顾客再次试验、重新放置物品、去除额外的物品或向图书馆工作人员请求帮助。
可以理解，可以按不同的次序来进行图9A和9B的示例过程中的许多步骤。例如，可以按任何次序来进行有关信号的许多询问。此外，可以增加、删除或重新安排此过程中的任何上述步骤，或可以增加其它步骤。
在图10A和10B中以流程图形式提供使用二维光学检测器420的示例过程，其中10B接在1 0A之后。首先获得图象(步骤910)。然后可以从图象中去除可选的背景信号(步骤915)。可以如上所述得到背景信号，例如包括当接通库存控制装置时或当由用户引导时记录背景信号。然后使用低通滤波器对图象滤波以除去噪声(步骤920)。
余下的过程取决于光学检测器的二维特征，尤其，取决于以行和列提供的各别的检测器元件。对每一行确定最大值的位置(步骤925和930)。可以使用本技术领域中众知的技术对得到的信号进行滤波以去除噪声(步骤935)。然后对信号进行估算以确定长度和高度大于阈值δ的偏离数(例如，峰值或边缘)(步骤940)。另一种做法是，在确定超过阈值电平的偏离数目之前可以通过各种技术来增强信号，包括微分、高通滤波或其它边缘增强技术。
然后进行几个询问以确定偏离是否应考虑为表示一个物品。第一个询问是边缘是否看来来自书的封面(步骤950)。可以通过观察偏离序列来完成该步骤，上述偏离序列为长度短的偏离紧跟长度长的偏离，或者反过来。如果为“是”，则把偏离数目减去1(步骤955)。如果不是，则第二个询问判定是否两个偏离的相互位置太接近(步骤960)。忽略小于预定阈值的偏离。如果为“是”，则把偏离数目减去2(步骤965)。然后对余留的偏离重复上述询问(步骤945)。
然后把偏离数目除以2来表示每个库存物品的两个边缘(步骤970)。进行几个询问来确定是否应该准许出借。第一个询问是物品数目是否大于1(步骤975)。如果为“是”，则在平台上可能有一个以上的物品，所以暂停出借过程(步骤995)。如果为“否”，则进行第二个询问以判定物品数目是否为零(步骤980)。如果额为“是”，则可能在平台上没有物品或光学检测器420正被阻挡，或光源424提供的照度不够，所以暂停出借过程(步骤995)。如果物品数目不为零，则进行第三个询问以判定被检测的物品是否可能搁在另外的物品上或覆盖另外的物品(步骤985)。如果为“是”，则被检测的物品可能搁在和/或覆盖在另外的物品上，因此，暂停出借过程(步骤995)。否则处理器指出可以出借该物品(步骤990)。判定是否把物体正确地搁在平台上的方法要求进行校正以确定物体正确地搁在平台上的可接受的位置。这是通过把物体放置在接近摄像机的位置处并注意相应于平台表面的所接收图象部分来完成的。移动物体并再次注意相应于平台表面的所接收图象部分。根据这两个位置外推描述所有正常条件的开始位置的线性函数。通过对相应于平台表面的明显位置的所接收图象部分和一个可接受值作比较可以检测不正常情况，即，未正确地把物品搁在平台上。
当准许出借请求时，更新顾客数据库和/或库存物品数据库以指出已经出借该物品，并激励库存控制标志撤销装置以撤销在库存物品上的库存控制标志。如果暂停出借请求，则可能终止请求和/或可能指点顾客再次试验、重新放置物品、去除额外的物品或向图书馆工作人员请求帮助。
可以理解，可以按不同的次序来进行图10A和10B的示例过程中的许多步骤。例如，可以按任何次序来进行有关信号的许多询问。此外，可以增加、删除或重新安排在该过程中的其它步骤。
例子1
构造根据图4的一种装置。该装置仅包括光学检测器而没有物品识别扫描器或库存控制标志撤销装置，因为只测试光学检测过程。该装置包括纽约州Orangeburg的Opticon Model 3150 CCD线扫描器。使用与扫描器做成一体的LED发出的可见红光作为照明光源。把来自CCD扫描器的电信号导向德克萨斯州Austin的National Instruments的Lab-PC+A/D卡。写入购自National Instruments的Labview软件，它对来自CCD扫描器的信号进行估算和显示；对信号滤波和增强；显示所产生的经处理的信号；以及判定是否存在一个以上的物品。
图11A到11G示出各种情况的经处理的信号。图11A示出对单本书所产生的信号。这个经处理的信号有两个峰值因而库存控制装置允许出借。图11B示出对于具有光亮封面的薄书的信号。再次，只发现两个峰值而且允许出借。
图11C示出两本偏移的软装订(softbound)书本所产生的信号。发现3个峰值，因此，库存控制装置否定对书本的出借。图11D示出书本里面有杂志时所产生的信号。在该情况下，发现4个峰值并且否定出借。
图11E示出书本放置在CD盒的上面所产生的信号。只发现两个峰值，但是第一信号偏离原点大于阈值量而否定出借(例如，见图9B的步骤847)。图11F示出当检测器已经被阻挡时的信号。所检测到的能量量值低于阈值量而否定出借。
图11G示出单本书所产生的信号，把该书放置在远离光学检测器处。在这情况下否定对其出借，因为库存控制装置认为该信号是来自一个放置在另一个物品上的物品，诸如一本书放在CD盒上(见图11E)。当在垂直平面中不正确地放置检测器(例如，当检测器透镜的光心位于平台之上的某个距离上)时发生示于图11G中的情况。当一个物体接近检测器时，来自物体底部的反射光线射到检测器上的位置A。如果使物体从检测器进一步移远，则现在来自物体底部的反射光线射到不同于A的位置A’。有关的结果是物体对于检测器似乎在空间垂直地移动。
对于这种情况的补救方法是改变检测器的取向，以致来自物体底部的反射光线总是射到检测器上的相同位置。实现这种情况的一个方法是确保检测器透镜的光心和平台表面一致。这将保证和平台表面接触的来自物体底部的反射光线彼此一致而与物体离透镜的距离无关。使用该方法，移动物体使之接近或远离检测器将不会导致如图11G描绘的明显的物体垂直移动。
例子2
构造根据图6的一种装置。使用两个光学检测器：从加利福尼亚州SanMateo的Connectix Corp.购得的二维CCD阵列Greyscale QuickCamTM；以及从苏格兰Edinburgh的VLSI Vision Limited购得的VL5430型二维CMOS阵列。光源是从加利福尼亚州Auburn的Coherent，Inc.购得的LG-01型670nm激光线产生器模块。在传统的视频监视器上直接显示来自VLSI Vision的COMS光学检测器的经预处理的电信号。把来自Connectrix CCD光学检测器的电信号提供给加利福尼亚州Palo Alto的Hewlett Packard Vectra VA6/200计算机。使用Connectix提供的软件驱动器以获得和显示图象。两种检测器提供相似的经预处理的图象。进一步使用CCD检测器以提供经后处理的信号。把软件写入Matlab以处理每个所获取的图象；对图象滤波和增强；显示得到的经处理的信号；以及确定是否出现一个以上的物品。因为两种CCD和CMOS检测器的经预处理的信号是相似的，希望两种检测器的经后处理的信号也是相似的。
图12A和12B到17A和17B示出各种情况的经预处理和经后处理的信号。在每种情况中，具有后缀“A”的图示出由2-D阵列接收到的信号。具有后缀“B”的图示出经处理的信号。
图12A和12B示出表示一本厚的软面书的信号。经处理的信号有两个边缘，所以库存控制装置允许其出借。
图13A和13B示出表示一本硬装订(hard bound)书的信号。经处理的信号有四个边缘，但是两个里面的边缘可以忽略，因为它们符合书封面的图形。只出现两个边缘导致允许其出借。
图14A和14B示出表示一本叠在另一本上的两本软装订书的信号。经处理的信号具有3个边缘，所以库存装置否定出借。
图15A和15B示出表示放置在硬装订书中的杂志的信号。经处理的信号具有6个边缘，但是忽略2个内边缘，因为它们符合书的封面的图形。
图16A和16B示出表示堆叠在CD上的书本的信号。经处理的信号只有两个边缘，但是底部边缘位置的位移大于阈值量。否定出借。
图17A和17B示出表示摄像机设置得不正确时物品的信号。这样会造成发现有2个以上的边缘，导致错误地否定出借。通过保证正确地调节摄像机来补救。可以理解，进一步处理在图17A和17B中所表示的信号，可以对平台上的物品提供更多的信息以允许正确地出借。
不应该认为本发明限于上述特殊例子，而应该理解为覆盖如在所附的权利要求书中清楚地规定的本发明的所有方面。可以得到应用本发明的各种修改、等效处理和多种结构，在审阅了直接的说明之后导出本发明对于熟悉本技术领域的人员来说是显而易见的。打算使权利要求书覆盖这种修改和装置。

Claims (22)

1.一种用于检测静止平台上存在多个物品的设备，其特征在于，所述设备包括：
(a)光源，用于照亮在平台上的物品的一维边缘轮廓；
(b)检测器，它与光源隔开，并且相对于平台放置成以接收所述一维边缘轮廓的二维图像；以及
(c)信号发生器，用于提供相应于所述一维边缘轮廓的二维图像的信号，其中，超过预定值的信号偏离指出在平台上存在多个物品。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个外壳，其中，所述平台在外壳上形成。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光源包括至少一个激光器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光源包括至少一个发光二极管。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光源包括至少一个灯。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，检测器包括二维光敏半导体阵列，如此放置光源和检测器从而来自光源的光由在平台上的物品改变方向而射向检测器。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括在操作上耦合到检测器的处理器，用于估算来自检测器的信号以指出在平台上是否有多个物品。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，检测器包括光学检测元件的阵列。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，检测器包括CCD阵列。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，CCD阵列包括一维线状CCD阵列。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，CCD阵列包括二维CCD阵列。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，检测器包括至少一个红外光接收器。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括至少一个红外光发射器，用于以红外光照射一个或多个物品。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，还包括一个马达和用于至少一个红外光发射器和至少一个红外光接收器的支撑件，把支撑件在操作上耦合到马达，其中马达使支撑件沿一条路径移动从而红外光发射器和红外光接收器分别照亮和得到在平台上的物品的轮廓。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个报警装置，当在平台上出现多个物品时触发该报警装置。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个放置在适当位置的扫描器，用以读出置于平台上的物品上的物品识别代码。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，还包括一个库存控制撤销装置，如果扫描器证实在库存物品上存在物品识别代码，并且在平台上只有一个物品时，该库存控制撤销装置撤销放置在平台上的物品上的库存控制标记。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，检测器包括多行和多列的检测器元件，每个检测器元件产生各自的信号，并且信号发生器组合来自检测器元件的信号以形成组合信号。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，信号发生器通过在每行或每列的检测器元件的所有元件中确定最高的信号值以组合来自检测元件的信号，并且对于每行或每列使用最高的信号值以形成组合信号。
20.如权利要求8所述的设备，其特征在于，检测器包括CMOS阵列。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，CMOS阵列包括一维直线状CMOS阵列。
22.如权利要求20所述的设备，其特征在于，CMOS阵列包括二维CMOS阵列。
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