CN204515798U - 一种基于图像识别的自习室空位查询装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于图像识别的自习室空位查询装置，属于自习室空位监测技术领域。本自习室空位查询装置包括摄像头，图像采集处理器，微处理器，驱动电路，LED显示电路；所述微处理器与所述图像采集处理器之间进行双向通信连接，该图像采集处理器的信号输入端与所述摄像头的信号输出端相连；所述微处理器的信号输出端与驱动电路的信号输入端相连，所述驱动电路的信号输出端与所述LED显示电路的信号输入端相连。本实用新型为自习室空位查询创建一个良好的硬件平台，本自习室空位查询装置还具有结构简单，不易被损坏，易维护等优点。

Description

一种基于图像识别的自习室空位查询装置

技术领域

本实用新型属于自习室空位监测技术领域，特别涉及一种基于图像识别的自习室空位查询装置。

背景技术

近年来随着高等教育的普及和扩招，让广大学生有机会上学。为此，在一定程度上导致了高校教学资源紧张，例如自习室，自习室是给学生自学提供一个良好的学习环境。然而，学生为了在自习室寻找一个空位，常常需要逐个对自习室进行查看，这种查看方法不但浪费时间，甚至挫败学生上自习的积极性。

目前，通过设置在桌面上或椅子上的压力传感器，来判断座位上是否有人，从而将信息传输给微处理器，微处理器将接收到的信息传输给显示单元，由此，学生通过显示单元观察自习室座位的使用情况。由于桌面和椅子的使用次数过于频繁，其压力传感器容易损坏，从而导致显示器无法正确显示自习室的使用情况。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于图像识别的自习室空位查询装置，本自习室空位查询装置为自习室空位查询创建一个良好的硬件平台，本装置还具有结构简单，不易被损坏，易维护等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于图像识别的自习室空位查询装置，包括摄像头，图像采集处理器，微处理器，驱动电路，LED显示电路；所述微处理器与所述图像采集处理器之间进行双向通信连接，该图像采集处理器的信号输入端与所述摄像头的信号输出端相连；所述微处理器的信号输出端与驱动电路的信号输入端相连，所述驱动电路的信号输出端与所述LED显示电路的信号输入端相连。

本实用新型还可以通过以下步骤进一步实现。

优选的，所述摄像头和/或图像采集处理器构成一个图像采集单元，所述图像采集单元中的摄像头和/或图像采集处理器分别与微处理器相连；一个驱动电路与若干个LED显示电路构成一个显示单元，多个显示单元中后一个驱动电路的信号输入端与前一个驱动电路的信号输出端相连，多个显示单元中第一个驱动电路的信号输入端与所述微处理器的信号输出端相连。

优选的，所述自习室内划分为多个互不交叉的设定区域，每个设定区域安装有一个图像采集单元，且每个设定区域安排有多个自习单元；所述自习单元包括一个桌子以及该桌子周围布置的座位；所述显示单元用于显示若干个自习单元的座位使用情况，所述自习单元与LED显示电路成一一对应关系。

优选的，所述微处理器还通过网络与计算机和/或移动设备进行双向通讯连接，所述计算机和/或移动设备通过安装在该计算机和/或移动设备上的自习室空位查询系统来显示当前自习室座位的使用情况。

进一步，所述驱动电路包括驱动芯片MAX7219，所述驱动芯片MAX7219的信号输入端与所述微处理器或驱动芯片MAX7219的信号输出端相连。

进一步，LED显示电路包括布置在桌子相对两侧的座位指示灯，同一侧座位指示灯的正极与所述驱动芯片MAX7219的同一个片选端相连；相对的两个座位指示灯的负极与所述驱动芯片MAX7219的同一个信号输出端相连。

本实用新型的有益效果在于：

1)本自习室空位查询装置是由摄像头、图像处理器、微处理器、驱动电路和LED显示电路等构成的硬件设备，其中，摄像头、图像处理器、微处理器、驱动电路和LED显示电路等是由线路及物理部件构成，本装置为自习室空位查询提供一个良好的物质基础，本装置还具有结构简单，不易被损坏，易维护等优点。

2)本自习室空位查询装置中的图像采集单元可以是由摄像头和图像采集处理器构成，也可以是摄像头构成；在设定区域较多的情况下，可以采用由摄像头和图像采集处理器构成的图像采集单元，使得采集到的图片得到有序处理，保证了查询结果的准确性；在设定区域比较单一的情况下，可以采用由摄像头构成的图像采集单元，简化了本装置的结构。

3)本自习室空位查询装置中的显示单元中的一个驱动电路可以与8个以内的LED显示电路相连，一个LED显示电路可以显示8个以内的座位使用情况，也即一个显示单元可显示64个以内座位的使用情况；此外，还可以设置为多个显示单元，其中后一个驱动电路的输入端DIN与前一个驱动电路的输出端DOUT相连，第一个驱动电路的输入端DIN与所述微处理器的输出端相连，因而多个显示单元可以集中显示各个自习室的座位使用情况，大大方便了同学们查看。

附图说明

图1为本实用新型的框图连接示意图；

图2为本实用新型中LED显示电路图；

图3为本实用新型中一个驱动电路图；

图4为本实用新型中另一个驱动电路图；

图5为本实用新型中方法的流程示意图；

图6为本实用新型中人头检测的流程示意图；

图7为本实用新型中设定区域摄像头、桌子及座位的布置示意图。

图中标注符号的含义如下：

10—微处理器  20—图像采集处理器  21—摄像头

30—驱动电路  31—LED显示电路  40—计算机和/移动设备

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面对本实用新型中出现的一些名称作出解释：

原始图像，是指在非使用状态下，即自习室处于关闭状态，无人使用座位，摄像头对自习室内设定区域拍摄的一张图像；

状态图像，是指在使用状态下，即自习室处于开放状态，可能部分座位被人使用，可能没有座位被人使用，还有可能全部座位被人使用，摄像头按照采集时间T对自习室内设定区域拍摄的每一张图像；

状态头像轮廓图，是指在状态图像中根据分水岭算法得到的头像轮廓图；

原始头像轮廓图，是指在原始图像中裁剪出与所述状态头像轮廓图形状、大小相吻合的空头像轮廓图，该原始头像轮廓图为空图。

如图1所示，一种基于图像识别的自习室空位查询装置，包括摄像头21，图像采集处理器20，微处理器10，驱动电路30，LED显示电路31；所述微处理器10与所述图像采集处理器20之间进行双向通信连接，该图像采集处理器20的信号输入端与所述摄像头21的信号输出端相连；所述微处理器10的信号输出端与驱动电路30的信号输入端相连，所述驱动电路30的信号输出端与所述LED显示电路31的信号输入端相连。

所述图像处理器20和微处理器10均为Raspberry Pi，所述RaspberryPi即树莓派是英国一个小型的慈善组织发表的一款基于ARM的袖珍计算机，所述Raspberry Pi体积小、功耗低；所述Raspberry Pi至少包括用于插入存储卡的内置卡槽、用于网络连接的内置网卡、及给显示单元供电的电源；所述内置网卡包括有线网卡，其无线网卡作为选配功能使用。

所述摄像头21和图像采集处理器20构成一个图像采集单元，多个图像采集单元中的图像采集处理器20分别与微处理器10之间进行双向通信连接；或者所述摄像头21构成一个图像采集单元，图像采集单元中的摄像头21的输出端与所述微处理器10的输入端相连；所述驱动电路30和8个以内的LED显示电路31构成一个显示单元，所述显示单元中驱动电路31的信号输出端与所述微处理器10的信号输出端相连。

如图7所示，所述自习室内划分为多个互不交叉的设定区域，每个设定区域安装有一个图像采集单元，且每个设定区域安排有多个自习单元；所述图像采集单元中的摄像头拍摄的区域大于设定区域，甚至和相邻的摄像头拍摄的区域出现交叉区域，但是所述微处理器只对摄像头拍摄的区域中的设定区域进行分割、建立坐标、位置信息等处理；所述自习单元包括一个桌子以及该桌子周围布置的8个以内的座位；所述显示单元用于显示自习单元的座位使用情况，所述自习单元与所述LED显示电路31成一一对应关系。

所述驱动电路30包括驱动芯片MAX7219，所述驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN、CLK、LOAD分别与所述Raspberry Pi的信号输出端相连。

如图2、图3所示，所述LED显示电路31包括一直处于点亮状态的桌子指示灯和根据座位使用情况亮灭的座位指示灯，所述座位指示灯在桌子指示灯相对两侧设置为两行；所述桌子指示灯和座位指示灯均为发光二极管，所述桌子指示灯的正极与电源相连，该桌子指示灯的负极接地；每列的两个座位指示灯的负极与所述驱动芯片MAX7219的同一个信号输出端DIG相连；每行的多个座位指示灯的正极均与所述驱动芯片MAX7219的同一个片选端SEG相连；不同列的座位指示灯的负极与所述驱动芯片MAX7219的不同信号输出端相连；不同行的座位指示灯的正极与所述驱动芯片MAX7219的不同片选端相连。

所述微处理器10还通过网络与计算机和/或移动设备40进行双向通讯连接，所述计算机和/或移动设备40通过安装在该计算机和/或移动设备40上的自习室空位查询系统来显示当前自习室座位的使用情况。

所述显示单元可以以多个自习室为中心将所有自习室所对应的多个显示单元集中安装在图书馆或教学楼的入口处，也可以以单个自习室为中心将单个自习室所对应的显示单元分别安装在各自自习室的门口处。

如图3、图4所示，所述显示单元可以为一个，也可以为多个；所述显示单元为一个时，所述驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与所述RaspberryPi的信号输出端相连，所述驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT悬空；若LED显示电路为2个时，第一块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与所述Raspberry Pi的信号输出端相连，第二块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与第一块驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT相连，所述第一块驱动芯片MAX7219的信号输入端CLK、LOAD和第二块驱动芯片MAX7219的信号输入端CLK、LOAD均与所述Raspberry Pi的信号输出端相连；

若显示单元为5个时，第一块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与所述Raspberry Pi的信号输出端相连，第二块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与第一块驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT相连，第三块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与第二块驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT相连，以此类推；所述第一块、第二块、第三块、第四块、第五块驱动芯片MAX7219的信号输入端CLK、LOAD均与所述Raspberry Pi的信号输出端相连；

若显示单元为8个时，第一块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与所述Raspberry Pi的信号输出端相连，第二块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与第一块驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT相连，第三块驱动芯片MAX7219的信号输入端DIN与第二块驱动芯片MAX7219的信号输出端DOUT相连，以此类推；所述第一块、第二块、第三块、第四块、第五块、第六块、第七块、第八块驱动芯片MAX7219的信号输入端CLK、LOAD均与所述Raspberry Pi的信号输出端相连。

本实用新型仅提供基于图像识别的自习室空位查询装置这一硬件设备，不包括软件部分，现结合软件部分对本自习室空位查询装置的工作过程作出进一步的说明。

如图5所示，一种用于基于图像识别的自习室空位查询装置中的方法，包括如下步骤：

S1：摄像头21获取非使用状态下自习室内设定区域内的原始图像；所述摄像头21按照采集时间T获取使用状态下设定区域内的状态图像，所述摄像头21将获取的原始图像和状态图像传输给微处理器10；

S2：所述微处理器10接收并保存原始图像和状态图像，所述微处理器10根据采集时间T以覆盖的方式保存状态图像，也即所述微处理器10根据采集时间T对状态图像进行刷新一次；所述微处理器10在每个座位均被使用时获得的状态图像中建立一个的标准坐标；该微处理器10根据所述设定区域内单个被人使用的座位在所述状态图像中的占空大小，建立设定区域内不同座位的位置信息；所述位置信息包括状态座位图的起点坐标，状态座位图的长度，以及状态座位图的宽度，所述起点坐标是指状态座位图中离坐标原点最近的一个点，所述状态座位图和原始座位图均为方形；

S3：所述微处理器10在所述原始图像和状态图像中分别建立一个与步骤S2中标准坐标相同的坐标；所述微处理器10根据建立的位置信息，以所述设定区域内单个座位为单位，将所述原始图像分割成8个以内的原始座位图，以及将所述状态图像分割成8个以内的状态座位图；

S4：所述微处理器10根据人脸识别方法或人头检测方法，判断所述状态座位图中是否有人的图像，即判断该座位上是否有人。

如图6所示，所述人头检测方法步骤如下：

S11：所述微处理器10根据分水岭算法从所述状态座位图中获取人的状态头像轮廓图；根据得到的状态头像轮廓图，对所述原始座位图进行相应的裁剪并形成原始头像轮廓图，所述原始头像轮廓图是与所述状态头像轮廓图形状、大小相符合的空图；

S12：所述微处理器10从所述状态头像轮廓图中头发区域某处提取状态色值，以及从所述原始头像轮廓图中与状态头像轮廓图中提取状态色值相对应处提取原始色值；判断所述状态色值与原始色值之间的差值是否在规定的范围内；

S13：若状态色值与原始色值之间的差值在规定的范围内，则表示所述状态座位图中存在人的图像，即该座位上有人；否则，表示所述状态座位图中不存在人的图像，即该座位上无人；并将结果在显示单元中显示。

所述人脸识别方法是所述微处理器10根据Cascade算法判断所述状态座位图中是否存在人脸图像，若所述状态座位图中存在人脸图像，则表示该座位上有人；否则，转至所述人头检测方法中步骤S11，再次根据所述人头检测对所述状态座位图进行检测。

本方法还包括安装在计算机和/或移动设备40上的自习室空位查询系统，所述自习室空位查询系统的查询步骤如下所示：

S21：在所述计算机和/或移动设备40上的自习室空位查询系统中选择需要查询的查询场地，并判断所述自习室空位查询系统中的查询按钮是否按下；

S22：若查询按钮按下，则转至步骤S23；否则，结束自习室空位查询过程；

S23：所述计算机和/或移动设备40向所述微处理器10发送查询指令，所述微处理器10将查询场地的当前座位使用情况的状态信息发送至计算机和/或移动设备40，并在所述自习室空位查询系统中的显示窗口显示。

Claims (6)

1.一种基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：包括摄像头(21)，图像采集处理器(20)，微处理器(10)，驱动电路(30)，LED显示电路(31)；所述微处理器(10)与所述图像采集处理器(20)之间进行双向通信连接，该图像采集处理器(20)的信号输入端与所述摄像头(21)的信号输出端相连；所述微处理器(10)的信号输出端与驱动电路(30)的信号输入端相连，所述驱动电路(30)的信号输出端与所述LED显示电路(31)的信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：所述摄像头(21)和/或图像采集处理器(20)构成一个图像采集单元，所述图像采集单元中的摄像头(21)和/或图像采集处理器(20)分别与微处理器(10)相连；一个驱动电路(30)与若干个LED显示电路(31)构成一个显示单元，多个显示单元中后一个驱动电路(30)的信号输入端与前一个驱动电路(30)的信号输出端相连，多个显示单元中第一个驱动电路(30)的信号输入端与所述微处理器(10)的信号输出端相连。

3.根据权利要求2所述的基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：所述自习室内划分为多个互不交叉的设定区域，每个设定区域安装有一个图像采集单元，且每个设定区域安排有多个自习单元；所述自习单元包括一个桌子以及该桌子周围布置的座位；所述显示单元用于显示若干个自习单元的座位使用情况，所述自习单元与LED显示电路(31)成一一对应关系。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：所述微处理器(10)还通过网络与计算机和/或移动设备(40)进行双向通讯连接，所述计算机和/或移动设备(40)通过安装在该计算机和/或移动设备(40)上的自习室空位查询系统来显示当前自习室座位的使用情况。

5.根据权利要求4所述的基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：所述驱动电路(30)包括驱动芯片MAX7219，所述驱动芯片MAX7219的信号输入端与所述微处理器(10)或驱动芯片MAX7219的信号输出端相连。

6.根据权利要求5所述的基于图像识别的自习室空位查询装置，其特征在于：LED显示电路(30)包括布置在桌子相对两侧的座位指示灯，同一侧座位指示灯的正极与所述驱动芯片MAX7219的同一个片选端相连；相对的两个座位指示灯的负极与所述驱动芯片MAX7219的同一个信号输出端相连。