專利名稱：一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及餐飲結(jié)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近年來社會上出現(xiàn)了大量的自助式餐廳，特別是在學(xué)校、醫(yī)院等就餐人數(shù)較多的單位，自助式取餐受到了越來越多的歡迎。自助式餐廳的結(jié)算系統(tǒng)至關(guān)重要，其性能、效率等將直接影響顧客的滿意度，進(jìn)而影響到餐廳的客流量。總體上來看，現(xiàn)有的自助式餐廳結(jié)算系統(tǒng)主要有以下幾種:
(I)傳統(tǒng)的人工結(jié)算方式
自助式餐廳一般采用不同顏色、不同形狀的餐盤來表示不同的菜價，例如，紅色、圓形的餐盤代表2元，綠色、方形的餐盤則代表3元，等等。這樣做不僅是為了便于顧客區(qū)分菜品，同時也是為了便于結(jié)算人員進(jìn)行快速結(jié)算，并減少出錯幾率。但在就餐高峰期時，實(shí)際情況卻不容樂觀。一方面，結(jié)算處往往排起長隊(duì)，顧客要等上很長一段時間才能輪到；另一方面，結(jié)算人員手忙腳亂，經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)算錯誤。這種結(jié)算方式，不僅使顧客滿意度降低，也不符合當(dāng)前社會技術(shù)發(fā)展的潮流。(2)基于條碼識別的結(jié)算方法
事先將每個餐盤都貼上I個條碼標(biāo)簽，使每個菜品的價格與相應(yīng)的條碼相關(guān)聯(lián)。實(shí)際使用時，借助于紅外或激光條碼掃描槍對餐盤的條碼進(jìn)行非接觸式讀取，得出每個菜品的價格，以人工或自動化的方式計(jì)算出總金額，實(shí)現(xiàn)結(jié)算。這種方法額外增加的成本很低，相較于人工方式，結(jié)算更為精準(zhǔn)、可靠，但其缺點(diǎn)是結(jié)算時的效率偏低(需對餐盤逐個掃描識別)。另外，紙質(zhì)條碼標(biāo)簽易損壞，給實(shí)際推廣使用帶來不便。(3 )基于RFID識別的結(jié)算方法
事先在每個餐盤內(nèi)部放置I個無源RFID標(biāo)簽，并利用無源RFID讀寫器將每個菜品對應(yīng)的價格信息寫入標(biāo)簽，使每個菜品的價格與相應(yīng)的RFID標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)。實(shí)際使用時，借助于無源RFID讀寫器對餐盤的RFID標(biāo)簽進(jìn)行非接觸式讀取，得出每個菜品的價格，以人工或自動化的方式計(jì)算出總金額，實(shí)現(xiàn)結(jié)算。中國專利公開號CN201741211，
公開日2011年2月9日，實(shí)用新型的名稱為一種餐飲結(jié)算系統(tǒng)，該申請案公開了一種餐飲結(jié)算系統(tǒng)，它包括餐盤、打價器、結(jié)算器、結(jié)算服務(wù)計(jì)算機(jī)以及消毒確認(rèn)器，所述的餐盤包括盤體以及設(shè)在盤體中的RFID電子標(biāo)簽，所述的打價器與一管理服務(wù)器相連，所述的結(jié)算器與結(jié)算服務(wù)計(jì)算機(jī)相連，消毒確認(rèn)器設(shè)在消毒柜中。其不足之處是，該結(jié)算系統(tǒng)采用RFID電子標(biāo)簽識別的方法實(shí)現(xiàn)完全自動化的結(jié)算，但其所用的餐盤必須定制，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)采用RFID電子標(biāo)簽識別的方法實(shí)現(xiàn)完全自動化的結(jié)算，餐盤必須定制，成本較高的技術(shù)問題，提供了一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)和方法，其無需對傳統(tǒng)餐盤進(jìn)行任何定制或改造，成本較低，借助于圖像處理與識別技術(shù)，能夠區(qū)分出不同顏色、不同形狀的餐盤，從而得出每種餐盤對應(yīng)的菜價，結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，以完全自動化的方式計(jì)算出總金額。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，包括托盤檢測裝置、人機(jī)對話裝置、攝像頭和計(jì)算機(jī)，所述人機(jī)對話裝置包括單片機(jī)、顯示器和語音輸出電路，所述單片機(jī)分別與托盤檢測裝置、顯示器、語音輸出電路和計(jì)算機(jī)相連，所述計(jì)算機(jī)還與攝像頭相連，所述托盤檢測裝置設(shè)置在結(jié)算臺的托盤檢測區(qū)域，所述攝像頭設(shè)置在托盤檢測區(qū)域的上方。在本技術(shù)方案中，當(dāng)托盤放到結(jié)算臺的托盤檢測區(qū)域時，托盤檢測裝置檢測到托盤并發(fā)出信號給單片機(jī)，單片機(jī)將托盤到位信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)命令攝像頭采集托盤上的餐盤圖像，計(jì)算機(jī)對所獲得的餐盤圖像按特定的算法進(jìn)行處理和識別，得出每個餐盤對應(yīng)的菜價，計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和(即本次消費(fèi)金額)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)控制顯示器顯示本次消費(fèi)金額，控制語音輸出電路以語音方式提示本次消費(fèi)金額，讓顧客明白自己的消費(fèi)情況。作為優(yōu)選，所述一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)還包括IC卡讀寫器，所述IC卡讀寫器與計(jì)算機(jī)相連。IC卡讀寫器的作用是讀取顧客的IC卡號，并根據(jù)顧客的消費(fèi)金額以一定的數(shù)據(jù)格式寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊。作為優(yōu)選，所述一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)還包括熱敏打印機(jī)，所述熱敏打印機(jī)與計(jì)算機(jī)相連。熱敏打印機(jī)用于打印消費(fèi)小票，以滿足某些顧客之需。 作為優(yōu)選，所述托盤檢測裝置包括4個輕觸開關(guān)，所述輕觸開關(guān)與單片機(jī)相連。當(dāng)托盤未擺放到托盤檢測區(qū)域時，4個輕觸開關(guān)都輸出高電平；當(dāng)托盤擺放到托盤檢測區(qū)域時，4個輕觸開關(guān)被壓下，都輸出低電平。本發(fā)明的一種餐飲自動結(jié)算方法，包括以下步驟:
步驟S1:系統(tǒng)初始化；
步驟S2:單片機(jī)讀取托盤檢測裝置發(fā)送的信號判斷托盤是否放置到結(jié)算臺的托盤檢測區(qū)域，如果是則執(zhí)行步驟S3，否則重新執(zhí)行步驟S2 ；
步驟S3:單片機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制攝像頭采集托盤上的餐盤圖像； 步驟S4:計(jì)算機(jī)對采集到的餐盤圖像進(jìn)行處理和識別；
步驟S5:計(jì)算機(jī)確定每個餐盤對應(yīng)的菜價，并計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和(即本次消費(fèi)金額)；
步驟S6:計(jì)算機(jī)控制人機(jī)對話裝置給出本次消費(fèi)金額的視頻顯示和語音提示。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定每種餐盤的形狀、顏色和菜價，并錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中以備調(diào)用。當(dāng)托盤放置到托盤檢測區(qū)域時，系統(tǒng)對餐盤進(jìn)行圖像處理獲得餐盤的形狀和顏色，從而確定餐盤的類型，并計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和。作為優(yōu)選，所述步驟S6執(zhí)行之后還執(zhí)行以下步驟:
步驟S7:計(jì)算機(jī)根據(jù)IC卡讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)判斷顧客是否已經(jīng)刷卡，如果是則執(zhí)行步驟S8，否則重新執(zhí)行步驟S7;
步驟S8:計(jì)算機(jī)將IC卡讀寫器發(fā)送的IC卡信息與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中存儲的授權(quán)卡信息進(jìn)行比對，判斷顧客刷的IC卡是否為授權(quán)卡，如果是則執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步驟S12 ； 步驟S9:計(jì)算機(jī)將IC卡內(nèi)余額和本次消費(fèi)金額進(jìn)行比較，判斷IC卡內(nèi)余額是否小于本次消費(fèi)金額，如果是則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟Sll ；
步驟SlO:計(jì)算機(jī)控制人機(jī)對話裝置提示余額不足，本次結(jié)算處理結(jié)束；
步驟Sll:計(jì)算機(jī)控制IC卡讀寫器將本次消費(fèi)金額寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，以扣除本次消費(fèi)金額，同時計(jì)算機(jī)將此信息寫入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，人機(jī)對話裝置提示消費(fèi)情況，熱敏打印機(jī)打印出顧客本次消費(fèi)的小票，本次結(jié)算處理結(jié)束；
步驟S12:計(jì)算機(jī)控制人機(jī)對話裝置提示顧客刷的IC卡為非授權(quán)卡，本次結(jié)算處理結(jié)束。通過IC卡自動進(jìn)行消費(fèi)結(jié)算，相較于人工結(jié)算方式更為精確、可靠，且效率較高。作為優(yōu)選，所述步驟SI包括以下步驟:設(shè)定每種餐盤的形狀和顏色，將每種餐盤與菜價相關(guān)聯(lián)，錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中以備調(diào)用。作為優(yōu)選，所述步驟S4包括以下步驟:
步驟N1:采用中值濾波器對餐盤圖像進(jìn)行平滑處理，平滑處理后餐盤圖像的眾多細(xì)節(jié)信息被過濾，僅剩下主體輪廓圖像；
步驟N2:對主體輪廓圖像進(jìn)行灰度處理，將RGB轉(zhuǎn)換為GRAY灰度圖像，并完成紅、綠、藍(lán)三個通道灰度值的分離；
步驟N3:采用定閾值式二值閾值化法對灰度圖像進(jìn)行閾值操作得到二值圖像；
步驟N4:對主體輪廓的二值圖像分別作輪廓、邊緣信息提取操作，獲得更清晰的輪廓圖像；
步驟N5:對輪廓圖像進(jìn)行噪聲過濾，采用面積過濾方法，快速去除圖像中面積不符合要求的干擾輪廓；
步驟N6:獲取輪廓圖像的最小外接圓和最小外接矩形，將輪廓圖像RGB模型轉(zhuǎn)換成HSV模型，獲取HSV模型中的參數(shù)H (即色調(diào))；
步驟N7:根據(jù)餐盤輪廓圖像的最小外接圓和最小外接矩形識別出餐盤的形狀，根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤的顏色，從而確定餐盤的種類。作為優(yōu)選，所述步驟N7包括以下步驟:
步驟N701:對餐盤輪廓圖像進(jìn)行最小外接圓和最小外接矩形操作，計(jì)算出最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值，最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值；
步驟N702:判斷最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M1，如果是則執(zhí)行步驟N706，否則執(zhí)行步驟N703 ；
步驟N703:判斷最小外接矩形與輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M2，如果是則執(zhí)行步驟N704，否則執(zhí)行步驟N705 ；
步驟N704:計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為長方形，否則判斷餐盤輪廓為正方形，之后執(zhí)行步驟N710 ；
步驟N705:采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別算法識別餐盤種類；
步驟N706:判斷外接矩形與輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M2，如果是則執(zhí)行步驟N708，否則執(zhí)行步驟N707 ；
步驟N707 ;計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為橢圓形，否則判斷餐盤輪廓為圓形，之后執(zhí)行步驟N710 ；
步驟N708:將最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值除以設(shè)定值Ml得到數(shù)值K1，將最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值除以設(shè)定值M2得到數(shù)值K2 ；
步驟N709:判斷數(shù)值Kl是否大于數(shù)值K2，如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟N707，否則跳轉(zhuǎn)至步驟N704 ；
步驟N710:根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤顏色，結(jié)合餐盤輪廓的形狀確定餐盤的種類。作為優(yōu)選，所述步驟N705包括以下步驟:獲取餐盤輪廓圖像的周長、面積、外接圓面積、外接矩形面積和色調(diào)，將餐盤輪廓的這些數(shù)據(jù)與每種餐盤的周長閾值、面積閾值、夕卜接圓面積閾值、外接矩形面積閾值以及色調(diào)閾值比較，從而確定與此輪廓相對應(yīng)的餐盤的種類。采用最經(jīng)典的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。隱含層為10個神經(jīng)元；輸入層為5個神經(jīng)元，分別是輪廓周長、輪廓面積、輪廓外接圓面積、輪廓外接矩形面積以及輪廓上平均色調(diào)；輸出層為單個神經(jīng)元，輸出I個整型值表示餐盤類型。通過監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，收集上百幅同一類型餐盤的圖像，進(jìn)行不斷學(xué)習(xí)，直到輸出結(jié)果收斂于期望的餐盤類型值為止。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是:無需對傳統(tǒng)餐盤進(jìn)行任何定制或改造，成本較低，借助于圖像處理與識別技術(shù)，能夠區(qū)分出不同顏色、不同形狀的餐盤，從而得出每種餐盤對應(yīng)的菜價，結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，以完全自動化的方式計(jì)算出總金額，結(jié)算方式更為精確、可靠，且效率較高。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的一種電路原理連接框 圖3是本發(fā)明的一種結(jié)算處理流程 圖4是本發(fā)明的一種圖像處理流程 圖5是本發(fā)明的一種餐盤識別流程 圖6是攝像頭采集的圖像進(jìn)行二值閾值化處理后的圖像；
圖7是圖6進(jìn)行輪廓提取后的圖像；
圖8是圖7進(jìn)行噪聲過濾后的圖像；
圖9是本發(fā)明的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。圖中:1、結(jié)算臺，2、托盤檢測裝置,3、人機(jī)對話裝置,4、攝像頭,5、IC卡讀寫器,6、熱敏打印機(jī)，7、計(jì)算機(jī)，8、單片機(jī)，9、顯示器，10、語音輸出電路。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例:本發(fā)明的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，如圖1、圖2所示，包括托盤檢測裝置2、人機(jī)對話裝置3、攝像頭4、IC卡讀寫器5、熱敏打印機(jī)6和計(jì)算機(jī)7，人機(jī)對話裝置3包括殼體以及安裝在殼體上的單片機(jī)8、顯示器9和語音輸出電路10，IC卡讀寫器5和熱敏打印機(jī)6安裝在人機(jī)對話裝置3的殼體上，托盤檢測裝置2安裝在結(jié)算臺I的托盤檢測區(qū)域，攝像頭4安裝在托盤檢測區(qū)域的正上方，單片機(jī)8分別與托盤檢測裝置2、顯示器9、語音輸出電路10和計(jì)算機(jī)7相連，計(jì)算機(jī)7還與攝像頭4、IC卡讀寫器5和熱敏打印機(jī)6相連。托盤檢測裝置2包括4個輕觸開關(guān)，4個輕觸開關(guān)都與單片機(jī)8相連，4個輕觸開關(guān)安裝在托盤檢測區(qū)域的邊緣處。當(dāng)托盤擺放到托盤檢測區(qū)域時，4個輕觸開關(guān)被壓下閉合，都輸出低電平，單片機(jī)8讀取到4個低電平信號判斷托盤擺放到位，發(fā)送觸發(fā)信號給計(jì)算機(jī)7 ;當(dāng)托盤未擺放到托盤檢測區(qū)域時，4個輕觸開關(guān)都彈起斷開，輸出高電平，單片機(jī)8讀取到4個高電平信號判斷托盤未擺放到位，發(fā)送觸發(fā)信號給計(jì)算機(jī)7。攝像頭4為200萬像素CMOS傳感器工業(yè)攝像頭，攝像頭4安裝在托盤檢測區(qū)域的正上方，使其能很好地俯視托盤全景，以便完整地采集到餐盤的圖像信息。顯示器9為240128點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。熱敏打印機(jī)6為RD-W32型微型熱敏打印機(jī)。當(dāng)托盤放到結(jié)算臺I的托盤檢測區(qū)域時，托盤檢測裝置2檢測到托盤并發(fā)出信號給單片機(jī)8，單片機(jī)8將托盤到位信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)7。計(jì)算機(jī)7命令攝像頭4采集托盤上的餐盤圖像，計(jì)算機(jī)7對所獲得的餐盤圖像按特定的算法進(jìn)行處理，提取餐盤圖像的形狀和顏色，從而識別出餐盤的類型，得出每個餐盤對應(yīng)的菜價，計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和(即本次消費(fèi)金額)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給單片機(jī)8。單片機(jī)8控制顯示器9顯示顧客本次消費(fèi)菜品的單價以及相應(yīng)的總價，并以大字體顯示“請刷卡”，同時語音輸出電路10輸出語音提示:“您本次消費(fèi)總價為X元，請刷卡”，然后系統(tǒng)等待顧客刷卡。顧客刷卡時，計(jì)算機(jī)7通過IC卡讀寫器5讀取IC卡號，將此卡號和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中事先儲存的授權(quán)卡信息進(jìn)行比對，以判斷是否為授權(quán)卡。若不是授權(quán)卡，則顯示和語音提示“非授權(quán)卡”。若是授權(quán)卡，則計(jì)算機(jī)7先將卡內(nèi)余額和本次消費(fèi)金額進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)卡內(nèi)余額小于本次消費(fèi)金額，則顯示和語音提示“余額不足，請充值”，若卡內(nèi)余額足夠，則通過IC卡讀寫器5將本次消費(fèi)金額按特定算法寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，以扣除本次消費(fèi)金額。同時，計(jì)算機(jī)7將此信息寫入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，顯示器9顯示:“刷卡成功，卡內(nèi)余額為X元”，語音輸出電路10輸出語音提示“刷卡成功，謝謝”。計(jì)算機(jī)7還命令熱敏打印機(jī)6打印出顧客本次消費(fèi)的小票，打印內(nèi)容包括刷卡時間、顧客證件號、姓名、本次消費(fèi)金額以及卡內(nèi)余額等詳細(xì)信息，以供用戶留存參考。本自動結(jié)算系統(tǒng)無需對傳統(tǒng)餐盤進(jìn)行任何定制或改造，成本較低，借助于圖像處理與識別技術(shù)，能夠區(qū)分出不同顏色、不同形狀的餐盤，從而得出每種餐盤對應(yīng)的菜價，結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，以完全自動化的方式計(jì)算出總金額，結(jié)算方式更為精確、可靠，且效率較高；具有集成了顯示和語音功能的人機(jī)對話裝置3，可在整個結(jié)算過程中和顧客進(jìn)行交互，結(jié)算完畢后用戶刷卡付款即可；設(shè)計(jì)有SQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，能將顧客相關(guān)信息進(jìn)行集中記錄和管理，并具有查詢、核對等功能；能實(shí)現(xiàn)自助式餐廳完全無人化結(jié)算，也能使顧客明明白白消費(fèi)，獲得良好的用戶體驗(yàn)；由于無需對傳統(tǒng)餐盤進(jìn)行任何定制或改造，因此尤其適合于一些希望采用傳統(tǒng)餐盤實(shí)現(xiàn)自動化結(jié)算的自助式餐廳，技術(shù)升級方便、快捷。本發(fā)明的一種餐飲自動結(jié)算方法，適用于上述一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，如圖3所示，包括以下步驟:
步驟S1:系統(tǒng)初始化； 步驟S2:單片機(jī)8讀取托盤檢測裝置2發(fā)送的信號判斷托盤是否放置到結(jié)算臺I的托盤檢測區(qū)域，如果是則執(zhí)行步驟S3，否則重新執(zhí)行步驟S2 ；
步驟S3:單片機(jī)8發(fā)送觸發(fā)信號到計(jì)算機(jī)7，計(jì)算機(jī)7控制攝像頭4采集托盤上的餐盤圖像；
步驟S4:計(jì)算機(jī)7對采集到的餐盤圖像進(jìn)行處理和識別；
步驟S5:計(jì)算機(jī)7確定每個餐盤對應(yīng)的菜價，并計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和(即本次消費(fèi)金額)；
步驟S6:計(jì)算機(jī)7控制顯示器9顯示顧客本次消費(fèi)菜品的單價以及相應(yīng)的總價，并以大字體顯示“請刷卡”，同時控制語音輸出電路10輸出語音提示:“您本次消費(fèi)總價為X元，請刷卡”;
步驟S7:計(jì)算機(jī)7根據(jù)IC卡讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)判斷顧客是否已經(jīng)刷卡，如果是則執(zhí)行步驟S8，否則重新執(zhí)行步驟S7 ；
步驟S8:計(jì)算機(jī)7將IC卡讀寫器5發(fā)送的IC卡信息與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中存儲的授權(quán)卡信息進(jìn)行比對，判斷顧客刷的IC卡是否為授權(quán)卡，如果是則執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步驟S12 ；步驟S9:計(jì)算機(jī)7將IC卡內(nèi)余額和本次消費(fèi)金額進(jìn)行比較，判斷IC卡內(nèi)余額是否小于本次消費(fèi)金額，如果是則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟Sll ；
步驟SlO:計(jì)算機(jī)7控制人機(jī)對話裝置3顯示和語音提示“余額不足，請充值”，本次結(jié)算處理結(jié)束；
步驟Sll:計(jì)算機(jī)7控制IC卡讀寫器5將本次消費(fèi)金額寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，以扣除本次消費(fèi)金額，同時顯示器9顯示:“刷卡成功，卡內(nèi)余額為X元”，語音輸出電路10輸出語音提示“刷卡成功，謝謝”。計(jì)算機(jī)7還命令熱敏打印機(jī)6打印出顧客本次消費(fèi)的小票，本次結(jié)算處理結(jié)束；
步驟S12:計(jì)算機(jī)7控制人機(jī)對話裝置3顯示和語音提示“非授權(quán)卡”，本次結(jié)算處理結(jié)束。系統(tǒng)初始化包括以下內(nèi)容:(1)餐盤信息初始化:系統(tǒng)操作人員通過計(jì)算機(jī)管理軟件，將每種餐盤的形狀、顏色和菜價錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中以備調(diào)用。(2) IC卡信息初始化:利用計(jì)算機(jī)管理軟件，借助于IC卡讀寫器5，對所有待發(fā)行的IC卡進(jìn)行寫密碼操作，將I個6字節(jié)密碼寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，并將所有加密過的IC卡號寫入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫授權(quán)卡類別中，使其和顧客證件號、姓名等個人身份信息相關(guān)聯(lián)。計(jì)算機(jī)軟件按功能可分為2部分，分別是圖像處理軟件和結(jié)算管理軟件，其中圖像處理軟件以O(shè)penCV工具庫為基礎(chǔ)，采用VC.NET語言設(shè)計(jì)，將圖像處理軟件編譯成一個DLL動態(tài)鏈接庫，供結(jié)算管理軟件調(diào)用，提高了系統(tǒng)整體執(zhí)行效率。結(jié)算管理軟件采用VB語言設(shè)計(jì)，支持訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中，需經(jīng)常進(jìn)行必要的維護(hù)工作。(I)新增或更改餐盤初始化信息:系統(tǒng)操作人員可根據(jù)實(shí)際需要，借助于計(jì)算機(jī)軟件，將餐盤與形狀、顏色和菜價的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行新增、更改等操作，錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫以備調(diào)用。(2) IC卡充值:顧客對其持有的IC卡充值時，系統(tǒng)將首先驗(yàn)證其卡號和密碼，判斷出是否為授權(quán)卡，若是，則將充值金額按特定數(shù)據(jù)格式寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，同時寫入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。(3) IC卡注銷:若顧客需注銷其持有的IC卡，則系統(tǒng)首先將該卡余額和顧客清算完畢，然后將該卡密碼清除，使其恢復(fù)至出廠狀態(tài)并回收，同時將該卡所涉及信息從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫授權(quán)卡類別中刪除。
(4)IC卡掛失:若顧客需掛失其持有的IC卡，則系統(tǒng)首先將該卡所涉及信息從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的授權(quán)卡類別移至掛失卡類別，一旦掛失解除，則將該卡所涉及信息重新恢復(fù)至授權(quán)卡類別中。如圖4所示,上述步驟S4包括以下步驟:
步驟N1:采用中值濾波器對餐盤圖像進(jìn)行平滑處理，通過調(diào)用OpenCV庫函數(shù)cvSmooth(img, in, img_out, CV_MEDIAN)進(jìn)行處理，平滑處理后餐盤圖像的眾多細(xì)節(jié)信息被過濾，僅剩下主體輪廓圖像；
步驟N2:對主體輪廓圖像進(jìn)行灰度處理,通過調(diào)用OpenCV庫函數(shù)cvCvtColor (color_img,bin_img, CV_BGR2GRAY)，將 RGB 轉(zhuǎn)換為 GRAY 灰度圖像，再通過調(diào)用函數(shù) cvSetlmageCOI(color_img,num)來設(shè)置3個感興趣通道(COI, Channel of Interest),并完成各個通道灰度值的分離，結(jié)合紅、綠、藍(lán)通道的灰度信息分別進(jìn)行處理；
步驟N3:米用定閾值式二值閾值化法,通過調(diào)用OpenCV庫函數(shù)cvThreshold (),令Threshold值為30，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，二值圖像的圖像效果如圖6所示；
步驟N4:對主體輪廓的二值圖像分別作輪廓、邊緣信息提取操作，采用CV_RETR_LIST檢索模式和CV_CHAIN_APPR0X_N0NE邊緣近似方法來提取邊緣信息，然后通過調(diào)用函數(shù)CvStartReadSeq讀取輪廓信息，調(diào)用函數(shù)CV_READ_SEQ_ELEM讀取輪廓中點(diǎn)信息，最后通過調(diào)用函數(shù)cvCircle (pContourlmg, ptl, I, color
)畫出所提取的輪廓,處理后效果如圖7所示；
步驟N5:對輪廓圖像進(jìn)行噪聲過濾，采用面積過濾方法，快速去除圖像中面積不符合的干擾部分。調(diào)用OpenCV中的輪廓面積函數(shù)cvContourArea (contour,CV_WH0LE_SEQ)來獲取指定輪廓的面積，若所獲的輪廓面積小于所設(shè)的最小值或大于所設(shè)的最大值，則直接剔除，處理后的輪廓圖像如圖8所示；
步驟 N6:米用函數(shù) cvMinEnclosingCircle (contour, &center, &radius)獲取輪廓的最小外接圓，采用函數(shù)cvMinAreaRect2 (contour)獲取輪廓的最小外接矩形,將輪廓圖像RGB模型轉(zhuǎn)換成HSV模型，獲取HSV模型中的參數(shù)H (即色調(diào))；
步驟N7:根據(jù)餐盤輪廓圖像的最小外接圓和最小外接矩形識別出餐盤的形狀，根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤的顏色，從而確定餐盤的種類。如圖5所示,上述步驟N7包括以下步驟:
步驟N701:對餐盤輪廓圖像進(jìn)行最小外接圓和最小外接矩形操作，計(jì)算出最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值，最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值；
步驟N702:判斷最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值是否大于0.7，如果是則執(zhí)行步驟N706，否則執(zhí)行步驟N703 ；
步驟N703:判斷最小外接矩形與輪廓的面積比值是否大于0.85，如果是則執(zhí)行步驟N704，否則執(zhí)行步驟N705 ；
步驟N704:計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為長方形，否則判斷餐盤輪廓為正方形，之后執(zhí)行步驟N710 ；
步驟N705:采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別算法識別餐盤種類。獲取餐盤輪廓圖像的周長、面積、外接圓面積、外接矩形面積和色調(diào)，將餐盤輪廓的這些數(shù)據(jù)與每種餐盤的周長閾值、面積閾值、外接圓面積閾值、外接矩形面積閾值以及色調(diào)閾值比較，從而確定與此輪廓相對應(yīng)的餐盤的種類；
步驟N706:判斷外接矩形與輪廓的面積比值是否大于0.85，如果是則執(zhí)行步驟N708，否則執(zhí)行步驟N707 ；
步驟N707;計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為橢圓形，否則判斷餐盤輪廓為圓形，之后執(zhí)行步驟N710 ；
步驟N708:將最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值除以0.7得到數(shù)值K1，將最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值除以0.85得到數(shù)值K2 ；
步驟N709:判斷數(shù)值Kl是否大于數(shù)值K2，如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟N707，否則跳轉(zhuǎn)至步驟N704 ；
步驟N710:根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤顏色，結(jié)合餐盤輪廓的形狀確定餐盤的種類。色調(diào)與顏色的關(guān)系如表一所示，
權(quán)利要求
1.一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，其特征在于:包括托盤檢測裝置(2)、人機(jī)對話裝置(3)、攝像頭(4)和計(jì)算機(jī)(7)，所述人機(jī)對話裝置(3)包括單片機(jī)(8)、顯示器(9)和語音輸出電路(10)，所述單片機(jī)(8)分別與托盤檢測裝置(2)、顯示器(9)、語音輸出電路(10)和計(jì)算機(jī)(7 )相連，所述計(jì)算機(jī)(7 )還與攝像頭(4 )相連，所述托盤檢測裝置(2 )設(shè)置在結(jié)算臺(I)的托盤檢測區(qū)域，所述攝像頭(4)設(shè)置在托盤檢測區(qū)域的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，其特征在于:還包括IC卡讀寫器(5)，所述IC卡讀寫器(5)與計(jì)算機(jī)(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，其特征在于:還包括熱敏打印機(jī)(6),所述熱敏打印機(jī)(6)與計(jì)算機(jī)(7)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，其特征在于:所述托盤檢測裝置(2)包括4個輕觸開關(guān)，所述輕觸開關(guān)與單片機(jī)相連。
5.一種餐飲自動結(jié)算方法，適用于如權(quán)利要求1-4中任意權(quán)利要求所述的一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)，其特征在于包括以下步驟: 步驟S1:系統(tǒng)初始化； 步驟S2:單片機(jī)(8)讀取托盤檢測裝置(2)發(fā)送的信號判斷托盤是否放置到結(jié)算臺(I)的托盤檢測區(qū)域，如果是則執(zhí)行步驟S3，否則重新執(zhí)行步驟S2 ； 步驟S3:單片機(jī)(8)發(fā)送觸發(fā)信號到計(jì)算機(jī)(7)，計(jì)算機(jī)(7)控制攝像頭(4)采集托盤上的餐盤圖像； 步驟S4:計(jì)算機(jī)(7)對采集到的餐盤圖像進(jìn)行處理和識別； 步驟S5:計(jì)算機(jī)(7)確定每個餐盤對應(yīng)的菜價，并計(jì)算出托盤上所有餐盤對應(yīng)菜價的總和(即本次消費(fèi)金額)； 步驟S6:計(jì)算機(jī)(7)控制人機(jī)對話裝置(3)給出本次消費(fèi)金額的視頻顯示和語音提示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種餐飲自動結(jié)算方法，其特征在于，所述步驟S6執(zhí)行之后還執(zhí)行以下步驟: 步驟S7:計(jì)算機(jī)(7)根據(jù)IC卡讀寫器(5)發(fā)送的數(shù)據(jù)判斷顧客是否已經(jīng)刷卡，如果是則執(zhí)行步驟S8，否則重新執(zhí)行步驟S7 ； 步驟S8:計(jì)算機(jī)(7)將IC卡讀寫器(5)發(fā)送的IC卡信息與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中存儲的授權(quán)卡信息進(jìn)行比對，判斷顧客刷的IC卡是否為授權(quán)卡，如果是則執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步驟S12 ； 步驟S9:計(jì)算機(jī)(7)將IC卡內(nèi)余額和本次消費(fèi)金額進(jìn)行比較，判斷IC卡內(nèi)余額是否小于本次消費(fèi)金額，如果是則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟Sll ； 步驟SlO:計(jì)算機(jī)(7)控制人機(jī)對話裝置(3)提示余額不足，本次結(jié)算處理結(jié)束； 步驟Sll:計(jì)算機(jī)(7)控制IC卡讀寫器(5)將本次消費(fèi)金額寫入IC卡的相應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，以扣除本次消費(fèi)金額，同時計(jì)算機(jī)(7)將此信息寫入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，人機(jī)對話裝置(3)提示消費(fèi)情況，熱敏打印機(jī)(6)打印出顧客本次消費(fèi)的小票，本次結(jié)算處理結(jié)束； 步驟S12:計(jì)算機(jī)(7)控制人機(jī)對話裝置(3)提示顧客刷的IC卡為非授權(quán)卡，本次結(jié)算處理結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種餐飲自動結(jié)算方法，其特征在于，所述步驟SI包括以下步驟:設(shè)定每種餐盤的形狀和顏色，將每種餐盤與菜價相關(guān)聯(lián)，錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中以備調(diào)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種餐飲自動結(jié)算方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟: 步驟N1:采用中值濾波器對餐盤圖像進(jìn)行平滑處理，平滑處理后餐盤圖像的眾多細(xì)節(jié)信息被過濾，僅剩下主體輪廓圖像； 步驟N2:對主體輪廓圖像進(jìn)行灰度處理，將RGB轉(zhuǎn)換為GRAY灰度圖像，并完成紅、綠、藍(lán)三個通道灰度值的分離； 步驟N3:采用定閾值式二值閾值化法對灰度圖像進(jìn)行閾值操作得到二值圖像； 步驟N4:對主體輪廓的二值圖像分別作輪廓、邊緣信息提取操作，獲得更清晰的輪廓圖像； 步驟N5:對輪廓圖像進(jìn)行噪聲過濾，采用面積過濾方法，快速去除圖像中面積不符合要求的干擾輪廓； 步驟N6:獲取輪廓圖像的最小外接圓和最小外接矩形，將輪廓圖像RGB模型轉(zhuǎn)換成HSV模型，獲取HSV模型中的參數(shù)H (即色調(diào))； 步驟N7:根據(jù)餐盤輪廓圖像的最小外接圓和最小外接矩形識別出餐盤的形狀，根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤的顏色，從而確定餐盤的種類。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種餐飲自動結(jié)算方法，其特征在于，所述步驟N7包括以下步驟: 步驟N701:對餐盤輪廓圖像進(jìn)行最小外接圓和最小外接矩形操作，計(jì)算出最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值，最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值； 步驟N702:判斷最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M1，如果是則執(zhí)行步驟N706，否則執(zhí)行步驟N703 ； 步驟N703:判斷最小外接矩形與輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M2，如果是則執(zhí)行步驟N704，否則執(zhí)行步驟N705 ； 步驟N704:計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)正方形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為長方形，否則判斷餐盤輪廓為正方形，之后執(zhí)行步驟N710 ； 步驟N705:采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別算法識別餐盤種類； 步驟N706:判斷外接矩形與輪廓的面積比值是否大于設(shè)定值M2，如果是則執(zhí)行步驟N708，否則執(zhí)行步驟N707 ； 步驟N707 ;計(jì)算與餐盤輪廓面積相同的標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，判斷餐盤輪廓的周長是否大于標(biāo)準(zhǔn)圓形外輪廓的周長，如果是則判斷餐盤輪廓為橢圓形，否則判斷餐盤輪廓為圓形，之后執(zhí)行步驟N710 ； 步驟N708:將最小外接圓與餐盤輪廓的面積比值除以設(shè)定值Ml得到數(shù)值K1，將最小外接矩形與餐盤輪廓的面積比值除以設(shè)定值M2得到數(shù)值K2 ； 步驟N709:判斷數(shù)值Kl是否大于數(shù)值K2，如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟N707，否則跳轉(zhuǎn)至步驟N704 ； 步驟N710:根據(jù)餐盤輪廓圖像的色調(diào)識別出餐盤顏色，結(jié)合餐盤輪廓的形狀確定餐盤的種類。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種餐飲自動結(jié)算方法，其特征在于，所述步驟N705包括以下步驟:獲取餐盤輪廓圖像的周長、面積、外接圓面積、外接矩形面積和色調(diào)，將餐盤輪廓的這些數(shù)據(jù)與每種餐盤的周長閾值、面積閾值、 外接圓面積閾值、外接矩形面積閾值以及色調(diào)閾值比較，從而確定與此輪廓相對應(yīng)的餐盤的種類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種餐飲自動結(jié)算系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括托盤檢測裝置、人機(jī)對話裝置、攝像頭和計(jì)算機(jī)，人機(jī)對話裝置包括單片機(jī)、顯示器和語音輸出電路，單片機(jī)分別與托盤檢測裝置、顯示器、語音輸出電路和計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)還與攝像頭相連。該方法通過圖像處理與識別技術(shù)區(qū)分出不同顏色、不同形狀的餐盤，從而得出每種餐盤對應(yīng)的菜價，并自動計(jì)算出總金額。本發(fā)明無需對傳統(tǒng)餐盤進(jìn)行任何定制或改造，成本較低，借助于圖像處理與識別技術(shù)識別餐盤，以完全自動化的方式計(jì)算出總金額，結(jié)算方式更為精確、可靠，且效率較高。
文檔編號G07G1/00GK103208156SQ201310048008
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者張震宇, 鄭林欣, 周克寧, 何致遠(yuǎn), 林海 申請人:浙江科技學(xué)院