基于菜盤顏色特征的食堂自助結(jié)算系統(tǒng)

周建平

摘要：該文提出一種基于食堂菜盤顏色特征結(jié)合碗盤面積辨識(shí)的食堂自助結(jié)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。該理念是基于對(duì)食堂菜盤顏色特征的辨識(shí)和邊緣輪廓的提取及計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別的技術(shù)，以完成自助結(jié)算的總價(jià)格計(jì)算，然后再通過使用教師員工卡或?qū)W生校園卡來完成自助結(jié)算的功能，該理念主要是為了完成集體食堂從人工結(jié)算的無人值守的自動(dòng)結(jié)算自助刷卡付費(fèi)格局的轉(zhuǎn)換，而該次設(shè)計(jì)則是完成了自助結(jié)算的實(shí)際過程。

關(guān)鍵詞：顏色特征辨識(shí)；圖像識(shí)別；自助結(jié)算系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）27-0181-03

Abstract： This paper presents a design concept of canteen self-help settlement system Based on the color characteristics of canteen dish and the identification of bowl area.The concept is Based on the identification of the color characteristics of the canteen dish and the edge of the outline of the extraction and computer image recognition technology to complete the total cost calculation，and then through the use of the ID card to complete the self-help settlement，The concept is mainly to complete the collective canteen from the manual settlement of unattended automatic settlement self-help credit card payment pattern conversion，and this design is completed the actual process of self-help settlement.

Key words： color feature identification； image recognition； self-help settlement system

現(xiàn)今社會(huì)上，幾乎所有的工廠，企業(yè)單位和中小學(xué)院校等機(jī)構(gòu)在考慮在崗員工和在校學(xué)生在日常生活上的飲食問題時(shí)都是通過開創(chuàng)食堂的方式來解決的，但與此同時(shí)也存在著人工結(jié)算的成本問題，而目前為了解決這個(gè)問題的主流做法就是通過自助選擇，然后刷卡結(jié)算，來徹底地?cái)[脫人工結(jié)算的成本問題?，F(xiàn)如今，IC卡因其方便性已被運(yùn)用于生活中的各個(gè)領(lǐng)域，其中IC卡結(jié)算系統(tǒng)已被廣泛地使用在各個(gè)可以完成快速結(jié)算的場(chǎng)合，較之從前使用的現(xiàn)金交易而言，大大地提高了結(jié)算效率。但是，隨著人均生活品質(zhì)的提高，食堂的菜品品種應(yīng)需求的日益增多，消費(fèi)場(chǎng)所的人流量也不斷增長(zhǎng)，這一系列的外在因素給收銀員和消費(fèi)者帶來了很多的不便，尤其在消費(fèi)高峰時(shí)期在打卡處因人工計(jì)費(fèi)的速度限制排起長(zhǎng)龍的現(xiàn)象漸漸地成為了一種生活中的普遍畫面。而收銀員在收費(fèi)時(shí)不僅需要識(shí)別花樣繁多的菜品而且其不同菜品的價(jià)格還要經(jīng)過大腦的計(jì)算疊加，因此在速度和準(zhǔn)確度都不可避免的會(huì)出現(xiàn)人工誤差和收費(fèi)緩慢的問題，而這個(gè)問題的解決卻只能寄希望于收銀員的熟練度和大腦運(yùn)算能力，而這卻是不科學(xué)的。

因此本文提出一種基于菜盤顏色特征辨識(shí)的食堂自助結(jié)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。該理念是基于對(duì)食堂菜盤顏色特征結(jié)合碗盤面積辨識(shí)及計(jì)算機(jī)圖像的識(shí)別技術(shù)，以完成整個(gè)自助結(jié)算的功能，然后再通過使用教師員工卡或?qū)W生校園卡來完成自助結(jié)算的功能，從而達(dá)到在整個(gè)食堂無人值守的情況下完成自動(dòng)結(jié)算自助刷卡付費(fèi)的全套過程。

1 硬件簡(jiǎn)述

食堂自助結(jié)算系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：

1） 壓力傳感器：用于確定是否存在餐盤放置于攝像機(jī)工作區(qū)域，若有，則開啟自助結(jié)算系統(tǒng)進(jìn)行工作，若沒有，則維持自助結(jié)算系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)。

2） 攝像機(jī)：主要用于拍攝所需付費(fèi)的餐盤照片。

3） 閃光燈：作用是為拍攝照片時(shí)提供穩(wěn)定的光源，減少環(huán)境光線在拍攝照片時(shí)帶來的影響。

4） 黑色金屬匣子：用于保證外在光線的變化最小限度的干涉攝像機(jī)工作區(qū)域的光線變化，保證拍攝照片時(shí)的工作區(qū)域上的環(huán)境變化帶來的誤差最小。

5） 顯示器：用于顯示不同菜品的單價(jià)、本次消費(fèi)的總價(jià)以及支付提示的信息。

6） 讀卡器：用于讀取員工卡和校園卡上的相關(guān)信息，包括本次消費(fèi)前的卡內(nèi)金額和消費(fèi)后卡內(nèi)的余額，同時(shí)執(zhí)行消費(fèi)扣費(fèi)功能。

7） 簡(jiǎn)易計(jì)算機(jī)：用于接收壓力傳感器反饋的信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理判斷是否使系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)接收攝像機(jī)拍攝的圖像信息，然后對(duì)接收的圖像信息進(jìn)行處理，并把處理后得到的費(fèi)用信息和扣費(fèi)指令發(fā)送到顯示器和讀卡器上，并接收讀卡器反饋信息顯示于顯示器上，直至過程完成返回待機(jī)指令，等待下一輪工作的到來。

2 軟件編程與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行流程框圖

1） 餐盤放入攝像機(jī)工作區(qū)域，壓力傳感器工作，發(fā)送信號(hào)至計(jì)算機(jī)端。

2） 計(jì)算機(jī)接收信號(hào)，啟動(dòng)結(jié)算系統(tǒng)，發(fā)送拍攝信號(hào)至攝像機(jī)。

3） 攝像機(jī)接收拍攝命令，對(duì)餐盤進(jìn)行拍攝并傳回圖像信息至計(jì)算機(jī)端。

4） 計(jì)算機(jī)接收?qǐng)D像信息，處理好圖像信息后，發(fā)送價(jià)格信息至顯示器并發(fā)送扣費(fèi)命令至刷卡器。

5） 刷卡器接收扣費(fèi)命令，并讀取IC卡余額信息，顯示卡內(nèi)余額并進(jìn)行信息反饋于計(jì)算機(jī)和對(duì)卡進(jìn)行扣費(fèi)操作。endprint

6） 計(jì)算機(jī)接收卡內(nèi)信息并發(fā)送到顯示器進(jìn)行統(tǒng)一顯示。

7） 扣費(fèi)成功后，刷卡器反饋信息給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)讀取信息后進(jìn)入待機(jī)模式。

系統(tǒng)運(yùn)行流程框圖如圖1所示。

圖2為碗盤識(shí)別計(jì)費(fèi)程序流程圖。

2.2 基于YCBCR顏色空間的餐盤識(shí)別

本次設(shè)計(jì)是在matlab[1]平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)研究的。

1） 分別拍攝正常情況下各個(gè)顏色不同的碗盤。

2） 將碗盤的圖像信息錄入計(jì)算機(jī)，通過matlab分別讀取每個(gè)碗盤的Y成分，Cb成分和Cr成分[2]的數(shù)值，并記錄下來。

3） 通過錄入的數(shù)值，設(shè)置不同顏色碗盤的Y成分，Cb成分和Cr成分的區(qū)分度閾值。

4） 通過區(qū)分度閾值編寫顏色濾取程序。

濾取情況如圖3所示。

2.3 基于碗盤面積與顏色的計(jì)費(fèi)程序流程

1） 將濾取后的托盤作為背景，減去背景提取實(shí)際碗盤。

2） 通過顏色濾取后對(duì)碗盤進(jìn)行二值化處理。

3） 對(duì)二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹。

4） 對(duì)膨脹后的圖像使用canny算子進(jìn)行邊緣提取。

5） 填充提取邊緣空間。

6） 找出連通域，并計(jì)算面積。

7） 設(shè)置碗盤面積閾值，聯(lián)合碗盤顏色輸入菜品價(jià)格。

8） 根據(jù)碗盤顏色與面積對(duì)餐盤內(nèi)的菜品進(jìn)行總價(jià)計(jì)算。

程序流程框圖如圖2所示。

3 實(shí)際應(yīng)用

本次設(shè)計(jì)主要是采用上海海事大學(xué)的食堂配備作為設(shè)計(jì)原型，上海海事大學(xué)飯碗面積大小為0.07㎡，菜品菜盤面積為0.01㎡，主要依靠橙色塑膠托盤盛放，實(shí)際情況

如圖5所示，菜品價(jià)格主要依靠菜盤顏色來定價(jià)，米飯a價(jià)格為0.8元，綠色碗盤b菜品價(jià)格為1元，藍(lán)色碗盤c菜品價(jià)格為2，橙紅色碗盤d菜品價(jià)格為4元，黃色碗盤e菜品價(jià)格為5元。

將實(shí)際圖像導(dǎo)入程序，經(jīng)過圖像處理計(jì)算后得到準(zhǔn)確的結(jié)果，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文提出一種基于菜盤顏色特征提取的食堂自助結(jié)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。該理念通過對(duì)碗盤顏色在YCbCr顏色空間的特征提取和識(shí)別，成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)辨識(shí)和計(jì)算菜品價(jià)格、自助繳費(fèi)的食堂自助結(jié)算過程。通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)識(shí)別的成功率較高，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用上有足夠的可行性。但是，對(duì)于碗盤內(nèi)菜品過大以至于遮擋住了碗盤的邊緣的問題會(huì)導(dǎo)致圖像特征丟失，對(duì)識(shí)別率影響比較明顯。但總而言之，本次設(shè)計(jì)的通用性較好，運(yùn)用簡(jiǎn)單，場(chǎng)合廣泛，故而還是有比較良好的推廣價(jià)值的。

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