[發明專利]一種基于圖像分類技術的智能垃圾桶設計方法

在審

• 申請號: 202011151843.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN114506591A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 肖芬;王小齊;孫夢園;王艷萌;唐青梅
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B65F1/00
• 分類號: B65F1/00;G06V20/10;G06V10/764;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于圖像分類方法的智能垃圾桶硬件結構，包括：

超聲波傳感器(1)、廣角攝像頭(4)、左擋板(3a)、右擋板(3b)、可回收垃圾桶(2a)、不可回收垃圾桶(2b)、前舵機(5a)、后舵機(5b)、前支撐桿(6a)、后支撐桿(6b)、固定底座(7)、活動板(8)、樹莓派盒(9)；

所述樹莓派盒(9)內置樹莓派開發板，樹莓派開發板作為控制器控制超聲波傳感器(1)、廣角攝像頭(4)、前舵機(5a)、后舵機(5b)工作；

所述固定底座(7)為了支撐所有硬件的架構穩固；

所述后支撐桿(6b)與廣角攝像頭(4)連接以確保實現圖片信息的正確區域采集；

所述可回收垃圾桶(2a)與左擋板(3a)連接，不可回收垃圾桶(2b)與右擋板(3b)連接，以防止在活動板(8)倒垃圾時垃圾丟到垃圾桶外；

所述超聲波傳感器(1)實現垃圾檢測功能；

所述廣角攝像頭(4)實現采集垃圾圖像功能；

所述前舵機(5a)、后舵機(5b)實現控制活動板(8)旋轉功能。

2.一種基于圖像分類方法的智能垃圾桶軟件設計方法，包括：

(a)使用超聲波傳感器檢測有無垃圾投放；

(b)使用廣角攝像頭獲取垃圾圖像；

(c)圖像預處理；

(d)對圖像提取特征進行分類；

(e)分類結果驅動舵機旋轉。

3.如權利要求2所述的方法，其中步驟(a)包括：

(a-1)超聲波傳感器固定在左擋板上，位于活動板左側，使用超聲波傳感器可測量放置于活動板表面的垃圾距超聲波傳感器的距離D₁，根據公式計算得到D₁的值，式中V_聲表示聲速，等于340m/s，T表示超聲波傳感器自發出超聲波開始到接收到反彈回的超聲波的時間間隔；

(a-2)硬件結構設計中，事先人工測量得到超聲波傳感器與右擋板的距離為D₂＝0.65m；

(a-3)若滿足0D₁D₂，則認為此時活動板表面有物品放置，即裝置有垃圾待分類，若不滿足，則認為裝置無垃圾待分類。

4.如權利要求2所述的方法，其中步驟(b)包括：

(b-1)設廣角攝像頭相對于活動板四個邊角的傾角角度為θ₁＝40°、θ₂＝40°、θ₃＝60°、θ₄＝60°，其中θ₁、θ₂是距離廣角攝像頭較近的兩個邊角的傾角，θ₃、θ₄是較遠的兩個；θ₀＝170°是廣角攝像頭的最大覆蓋角度；硬件設計中滿足條件θ₀max{θ₁+θ₂,θ₃+θ₄}，保證廣角攝像頭能夠滿足拍出圖像無死角要求，保證獲取完整的活動板上表面圖像；

(b-2)行人投放垃圾后，垃圾直接落在活動板上表面處，活動板用于暫時放置待分類垃圾，使用固定在后支撐桿頂端的廣角攝像頭對活動板表面進行拍照，獲取垃圾圖像，得到的圖像寬為W＝640pixel，高為H＝480pixel，RGB三通道。

5.如權利要求2所述的方法，其中步驟(c)包括：

(c-1)與事先做好的樣板圖像執行對應元素按位與運算，去除活動板外的圖像；

(c-2)使用不均勻光照補償算法削減圖像局部過亮區域的光照強度；

(c-3)使用已經開源的邊緣檢測Canny算法對圖像進行邊緣檢測，提取圖像邊緣信息；

(c-4)對圖像執行開運算，消除細小物體影像；

(c-5)將垃圾圖像裁剪出來，得到最終的預處理結果。