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基于Jetson嵌入式的智能化洗鞋机研究.docx
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基于Jetson嵌入式的智能化洗鞋机研究.docx
基于Jetson嵌入式的智能化洗鞋机研究
向宇涛 陈锦 苗靖 林凡强
摘 要:随着城市生活节奏的加快,人们对于自动化设备和智能家居的需求越来越多。如智能扫地机器人[1],智能家居化空调[2],洗鞋机[3-4]。传统的洗鞋机仅从清洗和消毒的角度考虑了洗鞋机的实用性,并没有考虑鞋的材质,有些鞋子需精细护理,若对所有鞋子进行相同方式的清洗,可能会对做工精细的鞋子形成磨损。本文以Jetson嵌入式系统为核心,基于OpenCV、TensorFlow的组合式框架,并结合多轴机器臂,设计了一种可以识别鞋子材质类型,并根据这些类型使用指定的方式清洗保养的洗鞋机。
关键词:洗鞋机;OpenCV;图像处理;神经网络;算法
1. Jetson简介
Jetson是一款由Nvidia设计的新型SoC,它的GPU计算能力强大,功耗较低,拥有Wi-Fi、摄像头接口和GPIO输出接口,最新版的还有两个摄像头接口。现有的洗鞋机中大多使用80C51和STM32系列的芯片进行控制[5],若需实现分类和识别部分,使用Jetson Nano嵌入式系统不仅可以控制机械臂,还可以在本地端识别鞋子的类型,并能根据新添加进来的鞋子训练神经网络,生成更多材质的鞋子类型,进而使用合适的方案清洗,实现所设计的功能。
2. 设计部分
机器设计部分参考了文献[6]的部分设计,整个洗鞋机包括:Jetson嵌入式及配备的摄像头模块、Jetson与外设的通信模块、电机模块和外设模块、伸缩支架、多种类洗涤剂、烘干风扇、多种类毛刷、清洗仓。
洗鞋机可进行上传云端功能、清洗烘干并存放在存储箱中等待客户取走等流程。若洗鞋机检测到物品不属于认识的任一类鞋子,洗鞋机会判断是否为鞋子,若不是则会把鞋子退返,否则洗鞋机会把鞋子的材质上报云端,待云端发送指令或根据洗鞋方式执行一个最佳的清洗流程。完成流程后,洗鞋机询问云端或机主是否需要待机。若不需待机,洗鞋机继续工作。在需要节省功耗时,洗鞋机会进入待机模式,只有洗鞋机收到需要工作、启动的指令才会被唤醒。
在本文的识别部分里使用开源的OpenCV库来识别鞋子的基本类型,OpenCV库可以调用Jetson的摄像头模块拍摄鞋子图像,并用相关算法判断鞋子类型,不同材质的灰度分布特性不同,可使用不同模板检测鞋子材质、类型相关度。
余弦灰度相似度算法
余弦灰度相似度算法利用灰度间相似性判断图像相似性[7],借助直方图灰度分布相似性确定鞋子类别,将测试集和模板集的余弦灰度相似算法记作下式:
(1)
式中 是模板灰度级向量, 是测试鞋子灰度级向量,当 和 的图像材质较为相似的时候, 将趋近于1,θ将趋近于0°。否则, 将趋近于0,而θ将趋近于90°。基于以上分析,定义以下的准则以判断鞋子材质分类。
(2)
(3)
当测试材质 对应模板材质 的余弦相似度大于阈值t时,材质 被归为材质 类,后续部分加入了神经网络部分来辅助判别鞋子的信息。对于材质不相似,灰度相似的图片,该算法可以进行较精确的分类,只要合理地设置阈值,洗鞋机就能正确地进行分类。
TensorFlow分类算法
当OpenCV识别结果与所有类别鞋子不相似时,使用基于TensorFlow的Shoe Classifier[8]神经网络
基于Jetson嵌入式的智能化洗鞋机研究 来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.
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