本發(fā)明屬于物體圖像識別技術領域及廢棄物智能回收技術領域，特別涉及了一種包裝瓶等小型物品輪廓獲取及識別的裝置及方法。

背景技術：

研制和推廣廢塑料瓶等垃圾的智能回收裝置被認為是規(guī)范包裝瓶的回收體系，減少“白色垃圾”污染的最有效的途經(jīng)之一。在包裝瓶的智能回收裝置中，物品的識別技術是核心部件。高效、準備的識別可以有效地杜絕錯誤回收并防止回收欺詐行為，從而大大的提高機器的可靠性。

申請?zhí)枮?01220364458.1和200620092237.8的實用新型專利中公開了一種基于對包裝瓶的條碼掃描進行識別的方案；但是，由于條碼容易被仿造，也易損毀。因此，導致基于條形碼的識別方式阻礙了智能回收方式的推廣。采用集成的物品識別手段是智能回收的發(fā)展趨勢，其中物品的圖像識別技術是最關鍵的技術之一。申請?zhí)枮?01410670766.0的發(fā)明專利申請公開了一種利用攝像頭捕獲不包含和包含物品的回收艙圖像并作為底圖和比較圖，從而識別物品是否為可回收塑料瓶的方案，但該技術的識別精度依賴于圖像的質量。申請?zhí)枮?00810200993.1的發(fā)明專利申請公開了一種罐體圖像識別裝置，通過CCD相機攝取圖像并將其與數(shù)據(jù)庫中圖像進行對比，但未給出實現(xiàn)的技術細節(jié)。申請?zhí)枮?00620092237.8的實用新型專利公開了一種在飲料瓶兩側分別放置發(fā)光源和光敏元件以判斷飲料瓶大小的方案，但是這樣做只能判斷出物體的直徑，很難對投入的飲料瓶外形進行精確地檢測和判斷。另外，在塑料瓶的外形圖像識別方面的研究還有其他的一些進展，如機器視覺方法、RGB法、圖像對比方法等，上述技術復雜、成本高，并且還未真正應用到回收機產(chǎn)品中。

如上所述，為了解決上述問題，并加快智能回收機的推廣，特別需要發(fā)明一種高精度、低成本，適用于包裝瓶等小型物品的圖像、輪廓識別裝置和方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術和產(chǎn)品中的問題，提供一種物品輪廓獲取及識別的裝置及方法，精度高、成本低。

本發(fā)明所解決的技術方案是：

本發(fā)明的一方面是提供了一種物品輪廓獲取及識別的裝置，包括光源、菲涅爾透鏡、反光板、攝像頭及微處理器；

所述光源設置在攝像頭附近，兩者位于待測物體同一側；所述菲涅耳透鏡位于光源和攝像頭與待測物體之間；所述反光板設置在待測物體另一側，與光源和攝像頭相對。

所述攝像頭和光源布置在菲涅耳透鏡的焦距位置。

所述菲涅爾透鏡用于將光源射出的光線整形成平行光，并把反光板反射回的光線(含有待測物體輪廓陰影)進行匯聚；

所述的反光板用于反射來自于菲涅耳透鏡的平行光，可以由鏡面反射鏡或棱鏡式反光膜(如3M工程級EGP反光膜、反光貼紙等)組成；

所述的攝像頭用于捕獲反光板反射回的光線并經(jīng)由菲涅耳透鏡匯聚形成的圖像；

所述的微處理器用于將對攝像頭輸出的圖像進行灰度化和二值化處理，并進行邊緣檢測、輪廓提取、和輪廓匹配等。

本發(fā)明的一方面是提供了一種物品輪廓獲取及識別的方法，具體按以下方法進行：

1)布置在攝像頭附近的光源射出的光線通過菲涅爾透鏡整形成平行光。

2)平行光通過待測物體，在反光板上留下與待測物體對應的輪廓陰影。

3)反光板反射回的光線(含有待測物體輪廓陰影)經(jīng)過菲涅爾透鏡匯聚，被攝像頭捕獲形成圖像，捕獲的圖像含有待測物體的輪廓陰影，圖像上待測物體的輪廓陰影區(qū)域之外為均勻、明亮的背景，與待測物體的輪廓陰影具有很強的反差；

4)通過微處理器對攝像頭捕獲的圖像進行二值化和輪廓提取處理，得到待測物體的輪廓；

5)將該輪廓與輪廓樣本庫進行對比，識別待測物體。

所述的邊緣檢測是對二值化處理后的圖像數(shù)據(jù)，使用圖像邊緣檢測的Laplace或Prewitt等算子，提取邊界數(shù)據(jù)。

有益效果：

本發(fā)明提供的一種物品輪廓獲取及識別的裝置，特別適用于包裝瓶等廢棄物智能回收過程中的物品圖像識別，具有結構簡單，造價低廉的特點，可作為國內(nèi)外類似圖像識別傳感器的替代產(chǎn)品，未來有應用到更多識別領域的潛力。具體技術特點表現(xiàn)在以下幾點：

1)解決了當前市場上的包裝瓶智能回收裝置識別手段依賴于條碼掃描的缺點。通過對物品的輪廓提取和對比，有助于提高物品的識別準確率，提高智能回收裝置的可用性。

2)創(chuàng)新的利用光學系統(tǒng)解決物品的輪廓提取和匹配的問題，該技術的造價成本低。區(qū)別于其他圖像識別技術的是，本發(fā)明對圖像識別的設備和安裝條件要求較低，如只需采取普通的攝像頭和光源即可達到目的。

3)本發(fā)明還可以應用到包裝瓶智能回收之外的其他領域，如產(chǎn)品分揀、垃圾分類等領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的物品輪廓獲取及識別的裝置基本原理示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的物品輪廓獲取及識別方法效果圖；圖2(a)、(b)、(c)分別為灰度化處理后的圖像、二值化處理后的圖像和待測物體輪廓；

圖3是本發(fā)明另一個實施例的物品輪廓獲取及識別方法效果圖；圖3(a)、(b)、(c)分別為灰度化處理后的圖像、二值化處理后的圖像和待測物體輪廓。

附圖標記說明:

圖中，1為微處理器、2為攝像頭、3為光源、4為菲涅耳透鏡、5為待測物體、6為反光板。

具體實施方式

圖1是本發(fā)明的物品輪廓獲取及識別的裝置基本原理示意圖。如圖1所示，所述的物品輪廓獲取及識別的裝置，包括微處理器1、攝像頭2、光源3、菲涅耳透鏡4、待測物體5、反光板6。

所述的微處理器1用于將攝像頭2輸出的圖像灰度化、二值化處理，并進行邊緣檢測、輪廓提取、輪廓匹配等。

所述的攝像頭2用于捕獲反光板反射回的光線并經(jīng)由菲涅耳透鏡4匯聚形成的圖像。捕獲的圖像含有待測物體的輪廓陰影，圖像陰影區(qū)域外為均勻、明亮的背景，與物品輪廓陰影具有很強的反差。攝像頭2捕獲的圖像經(jīng)由數(shù)據(jù)線傳輸給微處理器1。

所述光源3類似于點光源，用于射出光線。

所述菲涅耳透鏡4用于將光源射出的光線整形成平行光，平行光通過待測物體，在反光板上留下與待測物體對應的輪廓陰影；另外，菲涅耳透鏡4又用于把反光板反射回的光線(含有待測物體輪廓陰影)進行匯聚。

所述反光板6可以由鏡面反射鏡或棱鏡式反光膜(如3M工程級EGP反光膜、反光貼紙等)組成，用于反射來自于菲涅耳透鏡的平行光。

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1：

使用本發(fā)明的物品輪廓獲取及識別方法，在一個實施例中，采用鏡面反射鏡作為反光板，以飲料瓶為待測物體。圖2為本實施例中的識別效果，具體按以下方法進行：

1)布置在攝像頭附近的光源射出的光線通過菲涅爾透鏡整形成平行光；

2)平行光通過待測物體，在反光板上留下與待測物體對應的輪廓陰影；

3)反光板(鏡面反射鏡)反射回的光線(含有待測物體輪廓陰影)經(jīng)過菲涅爾透鏡匯聚，被攝像頭捕獲形成圖像，捕獲的圖像含有待測物體的輪廓陰影，圖像上待測物體的輪廓陰影區(qū)域之外為均勻、明亮的背景，與待測物體的輪廓陰影具有很強的反差；

4)通過對微處理器對攝像頭捕獲的圖像進行二值化和輪廓提取處理，得到待測物體的輪廓；

5)將該輪廓與輪廓樣本庫進行對比，識別待測物體。

在本實施例中，反光板采用鏡面反射鏡。此時，背景光強更高、較為均勻，背景與待測物體的圖像反差大，易于處理。但對裝置中各設備的相對位置要求較高。由圖2表明，本實施例中飲料瓶的外輪廓提取效果完全滿足識別要求。

實施例2：

使用本發(fā)明的物品輪廓獲取及識別方法，在一個實施例中，采用棱鏡式反光膜作為反光板，以飲料瓶為待測物體。圖3為本實施例中的識別效果，具體按以下方法進行：

1)布置在攝像頭附近的光源射出的光線通過菲涅爾透鏡整形成平行光；

2)平行光通過待測物體，在反光板上留下與待測物體對應的輪廓陰影；

3)反光板(棱鏡式反光膜)反射回的光線(含有待測物體輪廓陰影)經(jīng)過菲涅爾透鏡匯聚，被攝像頭捕獲形成圖像，捕獲的圖像含有待測物體的輪廓陰影，圖像上待測物體的輪廓陰影區(qū)域之外為均勻、明亮的背景，與待測物體的輪廓陰影具有很強的反差；

4)通過對微處理器對攝像頭捕獲的圖像進行二值化和輪廓提取處理，得到待測物體的輪廓；

5)將該輪廓與輪廓樣本庫進行對比，識別待測物體。

在本實施例中，反光板采用棱鏡式反光膜。此時，背景與待測物體的輪廓陰影反差相對略低，圖像處理更為復雜，圖像二值化處理時需要仔細調(diào)節(jié)閾值，可采用最大類間方差法選取最佳閾值；但對裝置各個部件的位置精度要求較低。由圖3表明，本實施例中飲料瓶的外輪廓提取效果完全滿足識別要求。

以上實施例僅是為了更加詳細描述本發(fā)明的思想和工作原理，應理解的是，上述提到實施例不應限制本。凡是在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有改動和替換，均應在本發(fā)明的保護之列。