| 标题 | 基于菜盘颜色特征的食堂自助结算系统 |
| 范文 | 周建平 摘要：该文提出一种基于食堂菜盘颜色特征结合碗盘面积辨识的食堂自助结算系统的设计理念。该理念是基于对食堂菜盘颜色特征的辨识和边缘轮廓的提取及计算机图像识别的技术，以完成自助结算的总价格计算，然后再通过使用教师员工卡或学生校园卡来完成自助结算的功能，该理念主要是为了完成集体食堂从人工结算的无人值守的自动结算自助刷卡付费格局的转换，而该次设计则是完成了自助结算的实际过程。 关键词：颜色特征辨识；图像识别；自助结算系统 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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 現今社会上，几乎所有的工厂，企业单位和中小学院校等机构在考虑在岗员工和在校学生在日常生活上的饮食问题时都是通过开创食堂的方式来解决的，但与此同时也存在着人工结算的成本问题，而目前为了解决这个问题的主流做法就是通过自助选择，然后刷卡结算，来彻底地摆脱人工结算的成本问题。现如今，IC卡因其方便性已被运用于生活中的各个领域，其中IC卡结算系统已被广泛地使用在各个可以完成快速结算的场合，较之从前使用的现金交易而言，大大地提高了结算效率。但是，随着人均生活品质的提高，食堂的菜品品种应需求的日益增多，消费场所的人流量也不断增长，这一系列的外在因素给收银员和消费者带来了很多的不便，尤其在消费高峰时期在打卡处因人工计费的速度限制排起长龙的现象渐渐地成为了一种生活中的普遍画面。而收银员在收费时不仅需要识别花样繁多的菜品而且其不同菜品的价格还要经过大脑的计算叠加，因此在速度和准确度都不可避免的会出现人工误差和收费缓慢的问题，而这个问题的解决却只能寄希望于收银员的熟练度和大脑运算能力，而这却是不科学的。 因此本文提出一种基于菜盘颜色特征辨识的食堂自助结算系统的设计理念。该理念是基于对食堂菜盘颜色特征结合碗盘面积辨识及计算机图像的识别技术，以完成整个自助结算的功能，然后再通过使用教师员工卡或学生校园卡来完成自助结算的功能，从而达到在整个食堂无人值守的情况下完成自动结算自助刷卡付费的全套过程。 1 硬件简述 食堂自助结算系统由以下几个部分组成： 1） 压力传感器：用于确定是否存在餐盘放置于摄像机工作区域，若有，则开启自助结算系统进行工作，若没有，则维持自助结算系统处于待机状态。 2） 摄像机：主要用于拍摄所需付费的餐盘照片。 3） 闪光灯：作用是为拍摄照片时提供稳定的光源，减少环境光线在拍摄照片时带来的影响。 4） 黑色金属匣子：用于保证外在光线的变化最小限度的干涉摄像机工作区域的光线变化，保证拍摄照片时的工作区域上的环境变化带来的误差最小。 5） 显示器：用于显示不同菜品的单价、本次消费的总价以及支付提示的信息。 6） 读卡器：用于读取员工卡和校园卡上的相关信息，包括本次消费前的卡内金额和消费后卡内的余额，同时执行消费扣费功能。 7） 简易计算机：用于接收压力传感器反馈的信息，并对信息进行处理判断是否使系统运行，当系统运行时接收摄像机拍摄的图像信息，然后对接收的图像信息进行处理，并把处理后得到的费用信息和扣费指令发送到显示器和读卡器上，并接收读卡器反馈信息显示于显示器上，直至过程完成返回待机指令，等待下一轮工作的到来。 2 软件编程与实现 2.1 系统运行流程框图 1） 餐盘放入摄像机工作区域，压力传感器工作，发送信号至计算机端。 2） 计算机接收信号，启动结算系统，发送拍摄信号至摄像机。 3） 摄像机接收拍摄命令，对餐盘进行拍摄并传回图像信息至计算机端。 4） 计算机接收图像信息，处理好图像信息后，发送价格信息至显示器并发送扣费命令至刷卡器。 5） 刷卡器接收扣费命令，并读取IC卡余额信息，显示卡内余额并进行信息反馈于计算机和对卡进行扣费操作。 6） 计算机接收卡内信息并发送到显示器进行统一显示。 7） 扣费成功后，刷卡器反馈信息给计算机，计算机读取信息后进入待机模式。 系统运行流程框图如图1所示。 图2为碗盘识别计费程序流程图。 2.2 基于YCBCR颜色空间的餐盘识别 本次设计是在matlab[1]平台上进行开发研究的。 1） 分别拍摄正常情况下各个颜色不同的碗盘。 2） 将碗盘的图像信息录入计算机，通过matlab分别读取每个碗盘的Y成分，Cb成分和Cr成分[2]的数值，并记录下来。 3） 通过录入的数值，设置不同颜色碗盘的Y成分，Cb成分和Cr成分的区分度阈值。 4） 通过区分度阈值编写颜色滤取程序。 滤取情况如图3所示。 2.3 基于碗盘面积与颜色的计费程序流程 1） 将滤取后的托盘作为背景，减去背景提取实际碗盘。 2） 通过颜色滤取后对碗盘进行二值化处理。 3） 对二值图像进行形态学膨胀。 4） 对膨胀后的图像使用canny算子进行边缘提取。 5） 填充提取边缘空间。 6） 找出连通域，并计算面积。 7） 设置碗盘面积阈值，联合碗盘颜色输入菜品价格。 8） 根据碗盘颜色与面积对餐盘內的菜品进行总价计算。 程序流程框图如图2所示。 3 实际应用 本次设计主要是采用上海海事大学的食堂配备作为设计原型，上海海事大学饭碗面积大小为0.07㎡，菜品菜盘面积为0.01㎡，主要依靠橙色塑胶托盘盛放，实际情况 如图5所示，菜品价格主要依靠菜盘颜色来定价，米饭a价格为0.8元，绿色碗盘b菜品价格为1元，蓝色碗盘c菜品价格为2，橙红色碗盘d菜品价格为4元，黄色碗盘e菜品价格为5元。 将实际图像导入程序，经过图像处理计算后得到准确的结果，计算结果如图6所示。 4 结束语 本文提出一种基于菜盘颜色特征提取的食堂自助结算系统的设计理念。该理念通过对碗盘颜色在YCbCr颜色空间的特征提取和识别，成功实现了自动辨识和计算菜品价格、自助缴费的食堂自助结算过程。通过实际的实验验证，该系统识别的成功率较高，对于实际应用上有足够的可行性。但是，对于碗盘内菜品过大以至于遮挡住了碗盘的边缘的问题会导致图像特征丢失，对识别率影响比较明显。但总而言之，本次设计的通用性较好，运用简单，场合广泛，故而还是有比较良好的推广价值的。 参考文献： [1] 张志涌， 刘瑞桢， 杨祖樱. 掌握和精通MATLAB[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社， 1997. [2] 黄玉， 殷苌茗， 周书仁. 基于YCbCr的自适应混合高斯模型背景建模[J]. 计算机工程与科学， 2015， 37（1）. [3] 张震， 马驷良， 张忠波， 等. 一种改进的基于Canny算子的图像边缘提取算法[J]. 吉林大学学报：理学版， 2007， 45（2）. [4] 王宏力， 贾万波. 图像匹配算法研究综述[C].全国计算机技术与应用学术会议，2008. [5] 刘振亚， 乔兵， 陈卓鹏. 基于菜盘特征提取的食堂自助支付系统[J]. 计算机系统应用， 2014， 23（3）. [6] 祝璞. 基于多通道的分层特征提取的图像识别[D]. 合肥： 中国科学技术大学， 2016. |
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