ES2395343A1 - Method and system of artificial vision for the quality control of municipal public services (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Oriol PUJOL VILA
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Abstract

Method and system of artificial vision on board of a vehicle for the automatic detection of residues of the public roads and wireless sending of the captured data to a central unit in cabinet for its storage in a system of information and obtaining of graphic registers in real time. The object of invention refers to a method and a system of artificial vision that have the purpose of discriminating in continuous and in real time the presence and category of waste on public roads, determining levels of soiling (referred to in the sector as " black dots "), as well as the location, dimension and characteristics of said points. For this, the system uses an image sensor connected to a process unit and a position sensor. The image of the study area obtained is analyzed in a process unit shipped on the vehicle. As a result of the processing carried out, the results are expressed as levels of contamination or levels of existing residues. The system transmits the visual samples, their numerical value of soiling and geographical position to an information system in the office to assist in the decision-making on cleaning services in the affected area. The system, thanks to its high degree of automation allows the capture, processing and sending of data, positioning coordinates and images of the different waste that appear on public roads, so as to improve the management of its conservation, cleaning and maintenance from the same. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Método y Sistema de Visión Artificial para el control de calidad de servicios · públicos municipales. 5 Objeto de la invención Method and Artificial Vision System for quality control of municipal public services. 5 Object of the invention

El objeto de la presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un método y un sistema de visión artificial aplicados al 1O control de calidad y a la gestión de incidencias de limpieza en las vías públicas. The object of the present invention, as expressed in the statement of this specification, refers to an artificial vision method and system applied to quality control and the management of cleaning incidents on public roads.

Antecedentes de la invención Background of the invention

En los servicios de control de calidad y gestión de incidencias de limpieza en las vías In the services of quality control and management of cleaning incidents on the roads

15 públicas que implementan en la actualidad numerosos Ayuntamientos españoles se utilizan distintos estándares que miden el nivel de ensuciamiento o nivel de residuos existente en un tramo, seleccionando de forma aleatoria la muestra representativa dentro de cada bloque de inspección (barrio, distrito, calle, etc). Los agentes de inspección realizan el cálculo de un índice de ensuciamiento en función del número 15 public that currently implement numerous Spanish Town Halls use different standards that measure the level of fouling or level of waste existing in a section, randomly selecting the representative sample within each inspection block (neighborhood, district, street, etc. ). Inspection agents calculate a fouling index based on the number

20 de residuos de cada categoría y su dimensión, ponderando el grado de importancia de cada tipo de residuo en una escala de valoración sobre la sensación o percepción de suciedad. Por tanto, los servicios de control de calidad no ofrecen datos totalmente objetivos de las inspecciones, ya que en ellos influye el criterio personal de un inspector y la medición aproximada de los elementos. Aunque dicho inspector se 20 of waste of each category and its dimension, weighing the degree of importance of each type of waste on a scale of assessment on the sensation or perception of dirt. Therefore, quality control services do not offer completely objective data of inspections, since they are influenced by the personal criteria of an inspector and the approximate measurement of the elements. Although said inspector is

25 guía por unos parámetros definidos (tablas y reglas de agrupamiento de residuos), hay un ámbito de evaluación que queda al criterio de "una percepción visual subjetiva" y a su interpretación. 25 guided by defined parameters (tables and rules of grouping of waste), there is an area of evaluation that fits the criteria of "a subjective visual perception" and its interpretation.

Por otra parte, las herramientas existentes de visión artificial, así como la tecnología Moreover, existing artificial vision tools, as well as technology

30 de reconocimiento de imágenes, tanto en España como en el extranjero se dedican de modo general a trabajos en entornos industriales cerrados, detectando la aparición de errores en los productos fabricados en líneas continuas (US20070111648-A1, ES2311437-A1 y ES2325199-A1). Estos errores obedecen a características 30 of image recognition, both in Spain and abroad are generally dedicated to work in closed industrial environments, detecting the appearance of errors in products manufactured in continuous lines (US20070111648-A1, ES2311437-A1 and ES2325199-A1) . These errors are due to characteristics

5 5
irregulares o incidencias en colores, formas o dimensiones. Estas tecnologías se han ido incorporando a otros usos, como, por ejemplo, en el sistema de lectura automática de matrículas de vehículos o detección de señales de tráfico (ES2304080Al y C06110141-Al). Hasta la fecha no se conoce la existencia de ninguna patente cuyas características sean el objeto de la presente invención. irregular or incidents in colors, shapes or dimensions. These technologies have been incorporated into other uses, such as in the automatic vehicle license plate reading system or traffic signal detection (ES2304080Al and C06110141-Al). To date there is no known existence of any patent whose characteristics are the object of the present invention.

1O 15 1O 15
Por todo ello, se ha detectado una necesidad de proporcionar un método y un sistema automatizado e informatizado para la captura de datos, rápido almacenamiento e interpretación de las lecturas. La obtención de datos objetivos para los indicadores de calidad y gestión de las incidencias de limpieza, y su localización en las vías públicas, no sólo mejorará el rendimiento de los equipos de inspección, sino la actuación de la empresa que realiza el control, las empresas concesionarias o de servicios así como a los técnicos municipales en la toma de decisiones y los tiempos de respuesta en la resolución de las incidencias detectadas. Therefore, a need to provide an automated and computerized method and system for data capture, rapid storage and interpretation of readings has been detected. Obtaining objective data for quality indicators and management of cleaning incidents, and their location on public roads, will not only improve the performance of inspection equipment, but also the performance of the company that performs the control, the companies concessionaires or services as well as municipal technicians in decision making and response times in the resolution of the incidents detected.

Descripción de la invención Description of the invention

20 25 20 25
El método desarrollado para el reconocimiento de residuos empleado en esta invención se divide en tres etapas diferenciadas, tal y como puede observarse en la figura 1: (a) detección de todos los residuos existentes en el tramo inspeccionado, (b) discriminación de residuos orgánicos e inorgánicos y (e) detección de residuos concretos (papeles, colillas y excrementos). El método empleado se basa en entrenamientos previos y aprendizaje del sistema a partir del análisis de imágenes y la aplicación de los algoritmos diseñados para la consecución de los objetivos. The method developed for the recognition of waste used in this invention is divided into three distinct stages, as can be seen in Figure 1: (a) detection of all existing waste in the inspected section, (b) discrimination of organic waste and inorganic and (e) detection of concrete waste (papers, cigarette butts and excrement). The method used is based on previous training and learning of the system from the analysis of images and the application of the algorithms designed to achieve the objectives.

30 30
El sistema para la detección de los residuos mediante visión artificial se compone de varios elementos hardware y software, tal y como se aprecia en la figura 2. En dicha figura se puede observar: The system for the detection of waste by artificial vision consists of several hardware and software elements, as can be seen in figure 2. In this figure it can be observed:

(1) Sensor de imagen y óptica: se trata de un dispositivo con sensor CMOS y con su óptica asociada e interfaz de conexión de datos conforme al estándar (1) Image and optical sensor: it is a device with CMOS sensor and its associated optics and data connection interface according to the standard

USB 2.0. A través de un sistema de anclaje se permite la instalación del dispositivo de toma de imágenes en el techo del vehículo o en la ventanilla. Este dispositivo proporciona fotografias en color con una resolución de 2560x1920 píxeles. Las ópticas son de 8 y 12 mm, próximas al gran angular para conseguir la mayor superficie posible de captura. USB 2.0 Through an anchoring system the installation of the imaging device is allowed on the roof of the vehicle or in the window. This device provides color photographs with a resolution of 2560x1920 pixels. The optics are 8 and 12 mm, close to the wide angle to achieve the largest possible capture area.

(2) (2)
Sensor de posición: dispositivo GPS Logger de pequeñas dimensiones situado en el interior del vehículo que permite conocer su posición en tiempo real (en 1O coordenadas UTM), con interfaz de conexión de datos conforme al estándar USB 2.0 Position sensor: GPS Logger device of small dimensions located inside the vehicle that allows to know its position in real time (in 1O UTM coordinates), with data connection interface according to the USB 2.0 standard

(3) (3)
Unidad de Proceso (CPU): dispositivo de arquitectura Tablet PC de fácil manejo para el operador mediante pantalla táctil y que es fácilmente adaptable a una 15 bandeja portátil para su colocación. En este dispositivo se realizan una serie de funciones a través del software implementado para ello. Estas funciones se concretan en: Process Unit (CPU): Tablet PC architecture device that is easy for the operator to use via a touch screen and is easily adaptable to a portable tray for placement. In this device a series of functions are performed through the software implemented for it. These functions are specified in:

envío de órdenes para el proceso de captura de imágenes y de sending orders for the image capture process and

obtención 20 de las coordenadas UTM. Obtain 20 of the UTM coordinates.

procesamiento y análisis de imágenes obtenidas siguiendo el método image processing and analysis obtained following the method

explicado previamente. previously explained.

envío de datos capturados y procesados a un servidor de bases de sending captured and processed data to a database server

datos remoto mediante protocolo TCPIIP. remote data via TCPIIP protocol.

Las conexiones entre los tres dispositivos mencionados se realiza utilizando interfaces USB. The connections between the three mentioned devices are made using USB interfaces.

(4) El Sistema de Información está situado en una unidad en gabinete. Consta de un módulo para el almacenamiento en una base de datos SQL de los datos recibidos desde la vía pública en tiempo real, tanto de las imágenes como de las coordenadas UTM, y otro módulo para la obtención de registros gráficos incluyendo mapas de índices de ensuciamiento de las zonas inspeccionadas. (4) The Information System is located in a cabinet unit. It consists of a module for the storage in a SQL database of the data received from the public highway in real time, both of the images and of the UTM coordinates, and another module for obtaining graphic records including fouling index maps of the inspected areas.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

5 5
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con unas realizaciones de dicha invención, que se presentan como ejemplos ilustrativos y no limitativos de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to embodiments of said invention, which are presented as illustrative and non-limiting examples thereof, will now be described very briefly.

1 O 1 o
La figura 1 muestra el método de detección y reconocimiento de los residuos en las vías públicas mediante visión artificial, así como la consecución de algoritmos y procedimientos diseñados para ello. Figure 1 shows the method of detection and recognition of waste on public roads through artificial vision, as well as the achievement of algorithms and procedures designed for it.

15 fifteen
La figura 2 muestra un esquema general de la invención en la que se pueden observar sus elementos constituyentes, así como unos ejemplos de las imágenes: la imagen tal como es captada, la imagen procesada con los residuos que ha reconocido y su nivel de ensuciamiento y un informe gráfico obtenido: mapa de ensuciamiento de la zona estudiada. Figure 2 shows a general scheme of the invention in which its constituent elements can be observed, as well as some examples of the images: the image as it is captured, the image processed with the waste it has recognized and its level of fouling and a graphic report obtained: fouling map of the studied area.

Descripción de una realización preferente Description of a preferred embodiment

20 25 30 20 25 30
El sistema para el control de calidad de servicios públicos municipales consta de un sensor de imagen con su óptica asociada (1) que se sitúa con un soporte o bien en el techo del vehículo o bien en a la altura de la ventanilla de manera que su uso sea lo más cómodo posible para el operador. Este dispositivo proporciona fotografias en color con una resolución de 2560x1920 píxeles de modo que detecta con claridad los residuos e incidencias en las vías urbanas ya que lee directamente la información de cada píxel para evitar la gran intensidad lumínica de los entornos abiertos y el efecto blooming. En el vehículo a la altura del salpicadero se encuentra también un sensor de posición (2) que da en tiempo real las coordenadas UTM de posición del vehículo. Las imágenes son capturadas por una Unidad de Proceso (3) situada sobre una bandeja portátil a la altura del salpicadero en asiento delantero. Las imágenes son seguidamente procesadas por este mismo dispositivo. Se lleva a cabo el método de detección y reconocimiento de residuos a través de los algoritmos diseñados, discriminando dos grupos principales de residuos: orgánicos e inorgánicos; y a su The system for quality control of municipal public services consists of an image sensor with its associated optics (1) that is placed with a support either on the roof of the vehicle or at the height of the window so that its use be as comfortable as possible for the operator. This device provides color photographs with a resolution of 2560x1920 pixels so that it clearly detects residues and incidents on urban roads as it directly reads the information of each pixel to avoid the great light intensity of open environments and the blooming effect. In the vehicle at the dashboard height there is also a position sensor (2) that gives in real time the UTM coordinates of the vehicle position. The images are captured by a Process Unit (3) located on a portable tray at the height of the dashboard in the front seat. The images are then processed by this same device. The waste detection and recognition method is carried out through the designed algorithms, discriminating two main groups of waste: organic and inorganic; and his

vez 3 categorías concretas de residuos: "papel", "colilla" y "excremento", obteniendo 3 specific categories of waste: "paper", "cigarette butt" and "excrement", obtaining

como resultado un índice o nivel de ensuciamiento de cada imagen. Las imágenes as a result an index or level of fouling of each image. The images

captadas y procesadas, el valor numérico de ensuciamiento y las coordenadas UTM captured and processed, the numerical fouling value and the UTM coordinates

son enviados a un servidor de bases de datos mediante protocolo TCPIIP. Esta base They are sent to a database server using TCPIIP protocol. This base

5 5
de datos forma parte de uno de los módulos del Sistema de Información (4), donde se of data is part of one of the modules of the Information System (4), where

lleva a cabo el almacenamiento de dicha información. Este sistema se encuentra en carries out the storage of said information. This system is in

una a
unidad de gabinete incorporando un módulo para la obtención de registros cabinet unit incorporating a module for obtaining records

gráficos tales como mapas de localización de la imagen capturada y de índices de graphics such as location maps of the captured image and indexes of

ensuciamiento soiling
de zonas inspeccionadas. Esta información permite la rápida from zones inspected This information It allows the fast

1 O 1 o
asistencia de los servicios de limpieza a la zona afectada, mejorando el control de assistance of cleaning services to the affected area, improving the control of

calidad de las vías públicas. quality of public roads.

Claims (8)

REIVINDICACIONES:  CLAIMS: l. Sistema de Visión Artificial a bordo de automóvil para el control de calidad de servicios públicos municipales, caracterizado porque está constituido por la 5 asociación funcional de ( 1) sensor de imagen con su óptica asociada, que captura las imágenes; (2) un sensor de posicionamiento global, que proporciona coordenadas UTM; (3) una Unidad de Proceso (CPU), los tres a bordo de un vehículo, que analiza las imágenes obtenidas y envía los datos capturados y procesados a gabinete mediante protocolo TCPIIP y (4) un Sistema de Información, situado en una unidad l. Artificial Vision System on board the car for the quality control of municipal public services, characterized in that it is constituted by the functional association of (1) image sensor with its associated optics, which captures the images; (2) a global positioning sensor, which provides UTM coordinates; (3) a Process Unit (CPU), all three on board a vehicle, which analyzes the images obtained and sends the captured and processed data to the cabinet using TCPIIP protocol and (4) an Information System, located in a unit 1 O en gabinete, que almacena la información recibida y permite la obtención de registros gráficos. 1 Or in a cabinet, which stores the information received and allows obtaining graphic records. 2. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos 2. Artificial Vision Method for quality control of public services municipales, que comprende las siguientes etapas: 15 (a) detección de todos los residuos existentes en el tramo inspeccionado, municipal, which includes the following stages: 15 (a) detection of all existing waste in the inspected section,
(b) (b)
discriminación de residuos orgánicos e inorgánicos y discrimination of organic and inorganic waste and
(e) (and)
detección de residuos concretos concrete waste detection
3. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos 3. Artificial Vision Method for quality control of public services 20 municipales, caracterizado porque la etapa para la detección de todos los residuos existentes en el tramo inspeccionado se realiza mediante la unión de la imagen de blancos junto con la imagen previa eliminación del fondo. 20 municipal, characterized in that the stage for the detection of all the existing residues in the inspected section is carried out by means of the union of the image of targets together with the previous image elimination of the bottom. 4. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos 4. Artificial Vision Method for quality control of public services 25 municipales, caracterizado porque la etapa para la discriminación de residuos orgánicos e inorgánicos se realiza mediante la utilización del clasificador Support Vector Machine (SVM) con Radial Basis Function kernel a partir del estudio del tono de color, textura, bordes y esquina de cada residuo. 25 municipalities, characterized in that the stage for the discrimination of organic and inorganic waste is carried out by using the Support Vector Machine (SVM) classifier with Radial Basis Function kernel from the study of the color tone, texture, edges and corner of each waste . 30 5. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos municipales, caracterizado porque en etapa para la detección de residuos concretos se discriminan: papeles, colillas y excrementos. 30 5. Artificial Vision Method for the quality control of municipal public services, characterized in that the stage for the detection of specific waste discriminates: papers, cigarette butts and feces. 6. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos municipales, caracterizado porque la etapa para la detección del residuo "papel" se realiza mediante el estudio de porcentaje de blancos en la imagen, para cada uno de los residuos inorgánicos definidos. 6. Artificial Vision Method for quality control of municipal public services, characterized in that the stage for the detection of "paper" waste is carried out by studying the percentage of targets in the image, for each of the defined inorganic wastes. 7. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos municipales, caracterizado porque la etapa para la detección del residuo "colilla" se realiza mediante el algoritmo KMeans, para cada uno de los residuos inorgánicos definidos. 7. Artificial Vision Method for the quality control of municipal public services, characterized in that the stage for the detection of the "cigarette butt" residue is carried out by means of the KMeans algorithm, for each of the defined inorganic wastes. 8. Método de Visión Artificial para el control de calidad de servicios públicos municipales, caracterizado porque la etapa para la detección del residuo "excremento" se realiza mediante el algoritmo KMeans, para cada uno de los residuos orgánicos definidos. 8. Artificial Vision Method for the quality control of municipal public services, characterized in that the stage for the detection of the "excrement" waste is carried out by means of the KMeans algorithm, for each of the defined organic waste. 9. Sistema de Visión Artificial según reivindicación 1, caracterizado por estar basado en una unidad de proceso que analiza y procesa en tiempo real las imágenes captadas según las etapas del método expresado según las reivindicaciones 2-8. 9. Artificial Vision System according to claim 1, characterized in that it is based on a process unit that analyzes and processes in real time the images captured according to the steps of the method expressed according to claims 2-8.
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