CN115578780B - 一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，包括身份验证模块、信息上传模块和云服务模块；身份验证模块用于对溯源信息的上传人员进行身份识别处理；信息上传模块用于通过身份识别的上传人员输入溯源信息；云服务模块用于存储溯源信息；身份验证模块包括拍摄单元和身份验证单元；拍摄单元用于通过像素值变化参数和筛选处理获取上传人员的脸部图像：身份验证单元用于将脸部图像发送至云服务模块进行身份识别，以及用于接收从云服务模块返回的身份识别结果。本发明减少了发送至云服务模块中的图像的像素点的数量，有效缩短了云服务模块对各个身份验证模块发送过来的人脸图像进行人脸识别处理所需要的时间，提高了人脸识别的效率。
Description
技术领域
本发明涉及溯源管理领域，尤其涉及一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统。
背景技术
农产品及食品的冷链溯源包括两个方面，一是冷链，一个对温度控制要求较低的供应链系统，二是溯源，一个有溯源能力的系统，也就是说，冷链溯源就是在整个冷链供应体系下，建立一个能够对农产品及食品的生产到销售整个过程中的各个环节的信息进行追溯的系统。从安全的角度出发，冷链物品在产地、加工、仓储、物流、销售等环节的所有操作数据、流动数据、交易数据等都记录在数据库中，并可以在查询后获取相应的数据，从而实现对；冷链物流体系下的农产品及食品的追溯。
为了提高农产品及食品的冷链运输过程中各个环节的溯源的信息的可靠性，现有技术一般会对上传用于溯源的信息的人员进行人脸识别，但是，现有的人脸识别过程一般是对整幅图像进行预处理后再提取图像中的人脸区域来进行人脸识别，这就导致参与预处理过程的像素点过多，从而影响对上传溯源信息的人员进行人脸识别的速度，影响用户体验。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，解决现有的农产品及食品冷链溯源管理系统在对上传用于溯源的信息的人员进行人脸识别的过程中，使用对整幅图像进行预处理的方式导致的影响人脸识别速度的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，包括身份验证模块、信息上传模块和云服务模块；
身份验证模块用于对溯源信息的上传人员进行身份识别处理；
信息上传模块用于通过身份识别的上传人员输入溯源信息，以及用于将溯源信息发送至云服务模块；
云服务模块用于存储溯源信息；
其中，身份验证模块包括拍摄单元和身份验证单元；
拍摄单元用于通过如下过程获取上传人员的脸部图像：
对溯源信息的上传人员进行拍摄，获取上传人员的头部图像；
计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数；
将像素值变化参数大于设定的参数阈值的像素点存入集合；
基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合；
由集合中的像素点组成上传人员的脸部图像；
身份验证单元用于将脸部图像发送至云服务模块进行身份识别，以及用于接收从云服务模块返回的身份识别结果。
作为优选，所述云服务模块还用于存储具有溯源信息上传权限的上传人员的脸部的特征信息。
作为优选，所述云服务模块通过如下方式进行身份识别：
对脸部图像进行预处理，获得预处理图像；
获取预处理图像中能够包含的特征信息；
判断和之间的相似度是否大于设定的相似度门槛值，若是，身份识别结果为通过身份识别，若否，则身份识别结果为没有通过身份识别。
作为优选，所述云服务器还用于为溯源信息生成溯源码。
作为优选，基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统还包括查询模块；
查询模块用于获取待溯源的农产品或食品的溯源码，并将溯源码发送至所述云服务模块；
所述服务模块还用于在接收到查询模块发送过来的溯源码后，向所述查询模块发送溯源码对应的溯源信息。
作为优选，所述溯源信息包括农产品或食品的产地信息、加工信息、冷藏信息、冷链运输信息、批发信息和零售信息。
作为优选，所述计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数，包括：
对于中的像素点，将在中对应的像素点记为；
采用如下公式计算和之间的像素值变化参数：
其中，表示和之间的像素值变化参数，表示在头部图像对应的分量图像T中的像素点的像素值，表示分量图像T中的像素点的像素值的最大值，表示在参照图像对应的分量图像R中的像素点的像素值，表示分量图像R中的像素点的像素值的最大值。
作为优选，所述基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合，包括：
在中对集合中的像素点进行连通域检测，获得多个连通域；
分别计算每个连通域与之间的面积比例；
将面积比例小于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合，将面积比例大于等于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合；
分别通过如下方式判断集合中的每个像素点是否加入到集合中：
对于中的像素点，采用如下公式计算其近邻参数：
其中，和为比例参数，，表示像素点与中的像素点的平均坐标之间的距离，表示中的像素点与平均坐标之间的距离的最大值，表示与平均坐标对应的像素点之间的相似度，表示预设的相似度参考值；
判断是否大于设定的近邻参数阈值，若是，则将加入到中；若否，则不将加入到中；
对中的像素点判断完毕后，获取集合中的像素点在中的最小外接矩形；
将最小外接矩形范围内的像素点作为集合的像素点。
本发明的农产品及食品冷链溯源管理系统，在对冷链运输的农产品及食品进行溯源管理个过程中，通过先在身份验证模块对上传人员的头部图像进行基于像素值变化参数的判断，然后再进行筛选处理，在保留有效信息的同时，大幅度降低了发送至云服务模块中的像素点的数量，从而有效缩短了云服务模块对各个身份验证模块发送过来的人脸图像进行人脸识别处理所需要的时间，提高了人脸识别的效率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统的一种实施例图。
图2为本发明拍摄单元获取上传人员的脸部图像的过程的一种实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，包括身份验证模块、信息上传模块和云服务模块；
身份验证模块用于对溯源信息的上传人员进行身份识别处理；
信息上传模块用于通过身份识别的上传人员输入溯源信息，以及用于将溯源信息发送至云服务模块；
云服务模块用于存储溯源信息；
其中，身份验证模块包括拍摄单元和身份验证单元；
如图2所示，拍摄单元用于通过如下过程获取上传人员的脸部图像：
对溯源信息的上传人员进行拍摄，获取上传人员的头部图像；
计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数；
将像素值变化参数大于设定的参数阈值的像素点存入集合；
基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合；
由集合中的像素点组成上传人员的脸部图像；
身份验证单元用于将脸部图像发送至云服务模块进行身份识别，以及用于接收从云服务模块返回的身份识别结果。
由于农产品的从种植到销售整个链条中涉及多个环节，而每个环节又涉及各个小环节，每天都有海量的溯源数据需要上传，因此，每天的身份验证的需求是很大的，如果都是直接将整幅的头部图像传输至云服务模块进行人脸识别处理，为了不影响用户体验，溯源管理系统只能通过租用更多的服务器来实现身份验证，这样显然会提高对农产品的冷链溯源的成本。而本发明则是在上传环节进行了改进，通过减少传输到云服务模块的图像的像素点的数量的方式来应对大规模的身份验证需求，从而在提高了本系统的身份验证的性能的同时，不会大幅度增加运营成本。
而食品从生产到销售所涉及的环节和农产品类似，也同样存在上面的问题。
在一种实施例中，身份验证模块和信息上传模块设置到同一个智能终端中，在农产品种植环节、加工环节、冷藏环节、冷链运输环节、批发环节和零售环节中的上传人员通过智能终端来上传溯源信息。
在一种实施例中，在食品的加工环节、冷藏环节、冷链运输环节、批发环节和零售环节中的上传人员通过智能终端来上传溯源信息。
在一种实施例中，参照图像为拍摄单元拍摄的不包含上传人员的背景图像。
作为优选，所述云服务模块还用于存储具有溯源信息上传权限的上传人员的脸部的特征信息。
在一种实施例中，上传人员在注册本发明的溯源管理系统的账号时，需要进行人脸的录入，从而将获得的脸部的特征信息发送至云服务模块进行存储。
作为优选，所述云服务模块通过如下方式进行身份识别：
对脸部图像进行预处理，获得预处理图像；
获取预处理图像中能够包含的特征信息；
判断和之间的相似度是否大于设定的相似度门槛值，若是，身份识别结果为通过身份识别，若否，则身份识别结果为没有通过身份识别。
在一种实施例中，所述对脸部图像进行预处理，获得预处理图像，包括：
对脸部图像进行灰度化处理，获得灰度化图像；
使用双边滤波算法、小波降噪算法等降噪算法对灰度化图像进行降噪处理，获得降噪图像；
使用分割算法对降噪图像进行图像分割处理，获得不包含背景的预处理图像。
在人脸识别的过程中，降噪是一个时间复杂度较高的运算环节，因为涉及到指数运算以及从一个域转换到另一个域的运算等。时间复杂度较高。当需要处理的像素点的数量较多时，耗费的时间较多。因此，本发明在身份验证模块中先进行了减少像素点数量的处理，获得减少的过程均不涉及指数运算，时间复杂度比较低，与降噪处理所需要的运算时间相比，减少像素点的数量的过程所消耗的时间更少。
作为优选，所述云服务器还用于为溯源信息生成溯源码。
在一种实施例中，溯源码可以以条形码或二维码的形式粘贴到各个环节的农产品或食品中。
作为优选，基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统还包括查询模块；
查询模块用于获取待溯源的农产品或食品的溯源码，并将溯源码发送至所述云服务模块；
所述服务模块还用于在接收到查询模块发送过来的溯源码后，向所述查询模块发送溯源码对应的溯源信息。
作为优选，所述溯源信息包括农产品或食品的产地信息、加工信息、冷藏信息、冷链运输信息、批发信息和零售信息。
在一种实施例中，农产品的产地信息包括农产品的品种信息、数量信息、生长环境信息、采摘时间、检验报告和从产品运输至加工地点的运输信息。
生长环境信息包括温度、湿度、光照强度、土壤酸碱度、施肥记录等。
从产品运输至加工地点的运输信息包括车牌号码、车辆行驶历史轨迹、驾驶员信息、车厢温湿度等。
在一种实施例中，食品的产地信息包括食品的原材料的生产地点。
在一种实施例中，加工信息包括加工日期、保质期、加工环境信息和加工人员等。其中加工环境信息包括加工车间的温湿度、粉尘浓度等。
在一种实施例中，冷藏信息包括仓库的环境信息、出入库时间等。
在一种实施例中，冷链运输信息包括从仓库运输至批发市场的车辆的信息、车上的冷藏设备的运行信息、装车时间、卸车时间等。
在一种实施例中，批发信息包括批发市场信息、批发时间等。
在一种实施例中，零售信息包括到店时间、质检信息期等。
作为优选，所述计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数，包括：
对于中的像素点，将在中对应的像素点记为；
采用如下公式计算和之间的像素值变化参数：
其中，表示和之间的像素值变化参数，表示在头部图像对应的分量图像T中的像素点的像素值，表示分量图像T中的像素点的像素值的最大值，表示在参照图像对应的分量图像R中的像素点的像素值，表示分量图像R中的像素点的像素值的最大值。
本发明在计算像素值变化参数时，并不是直接计算中的像素点和中对应的像素点之间的像素值的差异，而是通过先获取分量图像，然后计算与分量图像T中的像素点的像素值的最大值之间的比值，以及计算与分量图像R中的像素点的像素值的最大值之间的比值，最后再计算获得的两个比值之间的差值。从而大幅度提高在本发明在不同的光照环境下的适用性。如果直接计算像素值的差异，那么当获取的光照环境与获取的光照环境发生变化时，获得的脸部图像的结果的准确率便会快速降低，影响本发明的人脸识别的效率。由于是比值关系，即使光照条件发生改变，本发明一样能够获得正确反映像素点
在和之间的像素值的变化情况的像素值变化参数。像素值变化参数越大，则表示像素点属于上传人员的脸部的像素点的概率越大。但是并不是所有像素值变化参数大的像素点都是脸部的像素点，因此，本发明还设置了后续的筛选环节。
在一种实施例中，分量图像T为在Lab颜色空间中的分量L所对应的图像，而分量图像R为在Lab颜色空间中的分量L所对应的图像。
在另一种实施例中，分量图像T为在RGB颜色空间中的分量G所对应的图像，而分量图像R为在RGB颜色空间中的分量G所对应的图像。
上面的分量图像仅作为举例说明，不构成限定，还可以是其它能够实现本发明的上述效果的其它类型的图像。
作为优选，所述基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合，包括：
在中对集合中的像素点进行连通域检测，获得多个连通域；
分别计算每个连通域与之间的面积比例；
将面积比例小于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合，将面积比例大于等于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合；
分别通过如下方式判断集合中的每个像素点是否加入到集合中：
对于中的像素点，采用如下公式计算其近邻参数：
其中，和为比例参数，，表示像素点与中的像素点的平均坐标之间的距离，表示中的像素点与平均坐标之间的距离的最大值，表示与平均坐标对应的像素点之间的相似度，表示预设的相似度参考值；
判断是否大于设定的近邻参数阈值，若是，则将加入到中；若否，则不将加入到中；
对中的像素点判断完毕后，获取集合中的像素点在中的最小外接矩形；
将最小外接矩形范围内的像素点作为集合的像素点。
本发明获取脸部图像的过程是一个粗提取的过程，最终获得的脸部图像中依然会包含部分背景的像素点，但是与整幅头部图像相比，本发明的发送至云服务模块的像素点的数量已经大幅度减少。
为了能够提高获取脸部图像的效率，本发明通过先进行连通域检测，然后再对连通域较小的像素点进行进一步的判断的方式来尽可能排除中距离上传人员的脸部较远的像素点。因为这样的像素点可能是由于光照环境改变引起的像素值的较为大幅度的变化，由于后续需要获取最小外接矩形，如果保留这样的像素点存在，那么会导致最终获得的脸部图像中的像素点的数量的减少效果不够好，依然会保留大部分的背景的像素点。
在进一步的判断的过程中，本发明从当前进行判断的像素点与平均坐标的距离，以及与平均坐标所对应的像素点的之间的相似度进行加权计算，使得近邻参数能够选出距离平均坐标近，且相似度高的像素点加入到中。
在一种实施例中，与平均坐标对应的像素点之间的相似度采用如下公式进行计算：
其中，分别表示在中对应的像素点的像素值；分别表示在中对应的像素点的像素值。其中，为在RGB颜色空间中的红色分量的图像，为在RGB颜色空间中的绿色分量的图像，为在RGB颜色空间中的蓝色分量的图像。
本发明在计算相似度时，并不是从单一维度的像素值进行计算，而是从三个分量综合计算，从而获得准确的相似度评估结果。
本发明的农产品及食品冷链溯源管理系统，在对冷链运输的农产品或食品进行溯源管理个过程中，通过先在身份验证模块对上传人员的头部图像进行基于像素值变化参数的判断，然后再进行筛选处理，在保留有效信息的同时，大幅度降低了发送至云服务模块中的像素点的数量，从而有效缩短了云服务模块对各个身份验证模块发送过来的人脸图像进行人脸识别处理所需要的时间，提高了人脸识别的效率。
在一种实施例中，基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统还包括大数据分析模块，大数据分析模块用于采用大数据技术对溯源信息进行监测，从而及时发现异常的农产品或食品，阻止异常的农产品或食品流向市场。
例如，通过对冷链运输信息进行大数据分析，判断出农产品或食品在冷链运输的过程中由于冷藏温度不符合要求，已经存在变质的风险，此时，大数据分析模块便向当前环节的工作人员发出警告提示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理设备（DSPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。
实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
Claims (7)
1.一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，包括身份验证模块、信息上传模块和云服务模块；
身份验证模块用于对溯源信息的上传人员进行身份识别处理；
信息上传模块用于通过身份识别的上传人员输入溯源信息，以及用于将溯源信息发送至云服务模块；
云服务模块用于存储溯源信息；
其中，身份验证模块包括拍摄单元和身份验证单元；
拍摄单元用于通过如下过程获取上传人员的脸部图像：
对溯源信息的上传人员进行拍摄，获取上传人员的头部图像；
计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数；
将像素值变化参数大于设定的参数阈值的像素点存入集合；
基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合；
由集合中的像素点组成上传人员的脸部图像；
身份验证单元用于将脸部图像发送至云服务模块进行身份识别，以及用于接收从云服务模块返回的身份识别结果；
所述基于集合对中的像素点进行筛选处理，获得集合，包括：
在中对集合中的像素点进行连通域检测，获得多个连通域；
分别计算每个连通域与之间的面积比例；
将面积比例小于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合，将面积比例大于等于设定的比例阈值的连通域中的像素点存入集合；
分别通过如下方式判断集合中的每个像素点是否加入到集合中：
对于中的像素点，采用如下公式计算其近邻参数：
其中，和为比例参数，，表示像素点与中的像素点的平均坐标之间的距离，表示中的像素点与平均坐标之间的距离的最大值，表示与平均坐标对应的像素点之间的相似度，表示预设的相似度参考值；
判断是否大于设定的近邻参数阈值，若是，则将加入到中；若否，则不将加入到中；
对中的像素点判断完毕后，获取集合中的像素点在中的最小外接矩形；
将最小外接矩形范围内的像素点作为集合的像素点。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，所述云服务模块还用于存储具有溯源信息上传权限的上传人员的脸部的特征信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，所述云服务模块通过如下方式进行身份识别：
对脸部图像进行预处理，获得预处理图像；
获取预处理图像中能够包含的特征信息；
判断和之间的相似度是否大于设定的相似度门槛值，若是，身份识别结果为通过身份识别，若否，则身份识别结果为没有通过身份识别。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，所述云服务模块还用于为溯源信息生成溯源码。
5.根据权利要求4所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，还包括查询模块；
查询模块用于获取待溯源的农产品或食品的溯源码，并将溯源码发送至所述云服务模块；
所述服务模块还用于在接收到查询模块发送过来的溯源码后，向所述查询模块发送溯源码对应的溯源信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，所述溯源信息包括农产品或食品的产地信息、加工信息、冷藏信息、冷链运输信息、批发信息和零售信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农产品及食品冷链溯源管理系统，其特征在于，所述计算中的像素点与参照图像中的像素点之间的像素值变化参数，包括：
对于中的像素点，将在中对应的像素点记为；
采用如下公式计算和之间的像素值变化参数：
其中，表示和之间的像素值变化参数，表示在头部图像对应的分量图像T中的像素点的像素值，表示分量图像T中的像素点的像素值的最大值，表示在参照图像对应的分量图像R中的像素点的像素值，表示分量图像R中的像素点的像素值的最大值。
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