一种无人值守共享图书系统的制作方法

[0001]
本发明涉及图书馆管理领域，具体涉及为一种无人值守共享图书系统。


背景技术：

[0002]
随着国民经济的快速发展和互联网技术的不断创新，共享精神越来越深入人心，共享单车、共享充电宝等产品模式百花齐放，共享图书馆也应运而生。出于运营成本考虑，此类图书馆多为无人值守，用户自借自还操作，但问题随之而来：
[0003]
一、如何保证借阅记录的准确性，现有技术多为rfid电子标签扫描或二维码、条形码扫描自动记录的方式，考研用户的自觉性，无法防止恶意盗取或无意忘记等行为的发生，造成经济损失和管理混乱。
[0004]
二、如何保证在长期运行的情况下保持书架的整齐和书籍位置的准确，现有技术多为使用rfid电子标签扫描确认书籍位置或用各种传感器的信号监控每本书的拿起放下，对书架改动大，书架上书籍更新操作繁琐，传感器过多也会提高故障率。
[0005]
以上两个问题也是传统图书馆管理领域的难点和问题


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种无人值守共享图书系统，本发明基于图像识别技术智能生成和校正用户操作记录，保证用户借阅信息的准确性，并能准确识别书籍摆放不规范和书籍位置乱架并及时提醒用户，保证书架内书籍整齐美观和书籍摆放位置正确。
[0007]
本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：
[0008]
本发明提供了一种无人值守共享图书系统，其特征在于，包括：书架本体1、图像采集单元、控制台、自动门、检测光幕；书架本体，所述书架本体包括至少一个分格,所述分格内设有光检模块和直立辅助装置,所述光检模块用于监测所述分格内书籍是否被移动以及判断书籍摆放是否规范，所述直立辅助装置设置于所述分格顶部,用于夹紧书籍，使所述分格内书籍紧密竖直排列；所述光检模块设置于所述分格底部，为两条与所述分格边长相等并平行的光检条一和光检条二，所述光检长条一和光检长条二内部设置有数量相同的若干个光敏元件且所述光敏元件在所述光检长条一和光检长条二内部分布位置相同；图像采集单元，包括驱动电缸和扫描装置，所述驱动电缸包括驱动电机、移动滑块和丝杠；所述扫描装置至少包括一个高分辨率扫描仪，所述高分辨率扫描仪扫描部的长度与所述分格的长度相同且数量与所述分格的列数相同，所述高分辨率扫描仪依次连接构成所述扫描装置，所述扫描装置固定连接于所述驱动电缸的移动滑块上，用于采集所述分格图像以进行智能分析；自动门，所述自动门设置于所述书架本体前部，门体主体为透明材质；检测光幕，包括左侧光幕和右侧光幕,分别设置于所述书架本体两侧的内壁，用于检测书籍外凸和物品遗留；控制台，包括与控制模块通讯连接的存储模块、图像识别模块、触控屏、书籍扫描装置和用户识别模块、语音播放器；所述控制台和所述光检模块直立辅助装置、图像采集单元、检测
光幕、自动门电气连接。
[0009]
优选地，所述书架本体上部配置有照明灯柜和监控摄像头，与所述控制台电气连接。
[0010]
优选地，所述用户识别模块为虹膜识别装置、指纹识别装置、人脸识别摄像头中的任意一种或几种的组合，识别用户的方式为虹膜识别、指纹识别、人脸识别中的任意一种或几种的组合。
[0011]
优选地，所述控制台配置有与所述控制模块电气连接的无线通讯模块，所述无线通讯模块通过wifi或蓝牙方式与用户移动终端进行通讯；所述无线通讯模块包括4g通讯模组，所述控制台通过4g通讯模组与云服务器通讯连接，用户移动终端通过连接云服务器与所述控制台进行通讯，与所述wifi或蓝牙方式互为备用。
[0012]
优选地，所述直立辅助装置包括无杆电缸、挡板和压力传感器，所述无杆电缸包括电缸本体和滑块，所述挡板固定连接于所述滑块一侧，所述压力传感器设置于所述挡板一侧。
[0013]
优选地，所述滑块一侧设置旋转电机，所述固定块通过所述旋转轴旋转连接于所述滑块，所述挡板固定连接于所述固定块一侧，所述旋转电机驱动所述旋转轴旋转带动所述固定块旋转，所述压力传感器设置于所述挡板两侧。
[0014]
本发明还提供一种图书自助借阅方法，其特征在于，书籍信息包括书名、识别号、书籍位置信息，所述书籍位置信息根据用户操作信息实时更新，初始书籍信息由管理员人工录入或扫描所有分格的图像再对图像进行智能识别获取,所述方法包括如下步骤：
[0015]
s1：用户进行身份认证，认证成功打开自动门；
[0016]
s2：用户借书或还书并整理书架，实时监测各分格内的书籍是否被移动过，统计生成动作分格记录；
[0017]
s3：用户提交操作完成的通知，检测书架上是否有遗留物品或书籍摆放是否不规范；
[0018]
s3.1：若是，通过视频和语音提醒用户，跳转到步骤s2；
[0019]
s3.2：若否，跳转到步骤s4；
[0020]
s4：根据动作分格记录采集分格图像；
[0021]
s5：对图像进行智能识别，判断是否存在书籍倾斜或横置的情况以及是否存在书籍乱架的情况；
[0022]
s5.1：若存在，通过视频和语音提醒用户，跳转到步骤s2；
[0023]
s5.2：若不存在，生成用户操作信息，跳转到步骤s6；
[0024]
s6：关闭自动门并根据用户操作信息更新借阅信息和书籍信息；
[0025]
优选地，所述步骤s2中,用户借书的具体方法为：
[0026]
用户操作所述触控屏控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板后退；从分格中拿取书籍；再控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板前进，所述压力传感器实时监测所述挡板受到的压力大小，当压力超过压力参数p后电机停止转动并语音通知用户；
[0027]
用户还书的具体方法为：
[0028]
用户通过所述触控屏根据书籍上的识别号查询书籍位置信息或者通过所述书籍
扫描装置扫描书籍上的二维码或条形码得到书籍位置信息；操作所述触控屏控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板后退；根据所述书籍位置信息将书籍放入分格；再控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板前进，所述压力传感器实时监测所述挡板受到的压力大小，当压力超过压力参数p后电机停止转动并语音通知用户；
[0029]
所述步骤s2中，监测各分格内的书籍是否被移动过并生成动作分格记录的方法为：
[0030]
当分格内的滑块移动过，将所述分格的编号计入动作分格记录。
[0031]
优选地，所述步骤s3中，所述检测光幕和光检模块配合检测书架上是否有遗留物品或书籍摆放是否规范，所述检测光幕检测书架上是否有遗留物品以及书籍摆放外凸，所述光检模块检测书籍摆放内凹或书籍排列不紧密，具体方法为：所述光检模块由光检条一和光检条二组成，所述光检条一内的光敏元件编号为1-i(i＝1,2,
…
,n),光检条二内的光敏元件编号为2-i(i＝1,2,
…
,n)，n为光敏元件的数量；书籍下部同时覆盖所述光检模块的两条光检条，任意一组光敏元件1-i和2-i输出的电平一致，若存在任意一组光敏元件1-i和2-i输出的电平不一致，则说明书籍摆放外凸或内凹，光检模块设置于分格前部，检测书籍摆放位置过于内凹；检测并选取输出低电平的光敏元件组1-i和2-i构成集合a，在集合a中选取编号最大的一组光敏元件1-m和2-m(m<n),若存在至少一组光敏元件1-j和2-j输出高电平且j<m,则说明书籍两两之间未夹紧存在较大空隙。
[0032]
优选地，所述步骤s5中，对采集的图像进行智能识别的具体方法为：
[0033]
所述步骤s5中，对采集的图像进行智能识别的具体方法为：
[0034]
s5.11：对图像进行预处理，增强书脊边缘的对比度；
[0035]
s5.12：通过直线检测技术识别图像集一中的直线，根据直线长度对比和直线角度判断书籍是否存在倾斜或横置的情况，若存在，则跳转到步骤2，并语音提醒用户；
[0036]
s5.13：基于书脊边缘特征对图像进行边缘分割生成子图像，每一本书即代表一个子图像，通过字符识别技术提取书脊上的书名和识别号，通过书名和识别号可查询得到书籍位置信息，识别是否存在书籍乱架的问题，若是，则跳转到步骤2，并语音提醒用户，若否跳转到步骤s5.21；
[0037]
s5.21：根据识别出的书名和识别号统计生成各分格内的书籍信息，对比用户认证前的书籍信息生成用户操作记录。
[0038]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
[0039]
本发明通过图像智能识别配合检测光幕和光检模块，智能化的检测图书摆放不整齐和书籍乱架的问题，并能及时提醒用户处理，从流程上保证了无人值守书架的整齐美观和各分格书籍的位置正确，并能根据图像智能识别生成用户操作记录，简化了用户借书、还书的操作流程，保证了借阅信息的准确性，优化了管理流程。
附图说明
[0040]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0041]
图1为本发明一种实施例的结构示意图，
[0042]
图2为本发明一种实施例的分格局部放大图，
[0043]
图3为本发明一种实施例的直立辅助装置结构示意图，
[0044]
图4为本发明一种实施例的系统结构示意图，
[0045]
图5为本发明一种实施例的通讯示意图，
[0046]
图6为本发明一种实施例的方法流程图。
[0047]
图中：
[0048]
1、书架本体，2、图像采集单元，3、控制台，4、自动门，5检测光幕，101、光检模块，102、直立辅助装置，103、照明灯柜，104、监控摄像头，201、驱动电缸，202、扫描装置，301、控制模块，302、存储模块，303、图像识别模块，304、触控屏，305、书籍扫描装置，306、用户识别模块，307、语音播放器，501、左侧光幕，502、右侧光幕，1011、光检条一，1012、光检条二，1021、电缸本体，1022、滑块，1023、挡板，1024、压力传感器，1025、固定块，1026、旋转轴，1027、旋转电机，2011、驱动电机，2012、移动滑块，2013、丝杠。
具体实施方式
[0049]
为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
[0050]
如图1、图2和图4所示，本发明所公开的一种无人值守共享图书系统，包括：书架本体1、图像采集单元2、控制台3、自动门4、检测光幕5。
[0051]
所述书架本体1包括至少一个分格,所述分格内设有光检模块101和直立辅助装置102,所述光检模块101用于监测所述分格内书籍是否被移动以及判断书籍摆放是否规范，所述直立辅助装置102设置于所述分格顶部,用于夹紧书籍，使所述分格内书籍紧密竖直排列；所述光检模块101设置于所述分格底部，为两条与所述分格边长相等并平行的光检条一1011和光检条二1012，所述光检长条一1011和光检长条二1012内部设置有数量相同的若干个光敏元件且所述光敏元件在所述光检长条一1011和光检长条二1012内部分布位置相同。
[0052]
图像采集单元2，包括驱动电缸201和扫描装置202，所述驱动电缸201包括驱动电机2011、移动滑块2012和丝杠2013，所述驱动电机2011包括电机和传动组件，所述电机转动并通过传动组件驱动所述丝杠2013转动，带动设置于所述丝杠2013上的移动滑块2012直线运动；所述扫描装置202至少包括一个高分辨率扫描仪，所述高分辨率扫描仪扫描部的长度与所述分格的长度相同且数量与所述分格的列数相同，所述高分辨率扫描仪依次连接构成所述扫描装置202；所述扫描装置202固定连接于所述驱动电缸201的移动滑块2012上，用于采集所述分格图像以进行智能分析。所述图像采集单元2可以精确扫描动作分格的图像，避免扫描多余图像，提高了图像扫描的速度和图像智能识别的效率。
[0053]
扫描成像是依靠探测元件和扫描镜头对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。固体扫描成像是指通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。常用的探测元件是电子藕合器件ccd是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。上述高分辨率扫描仪即为应用扫描成像原理的现有技术此处不再详述。
[0054]
所述自动门4配置于所述书架本体前部，门体主体为透明材质，方便用户浏览书籍信息，所述自动门4应至少包括门体主体、传动机构、电机、限位机构，此为通用的现有技术，此处不再详述。
[0055]
所述检测光幕5包括左侧光幕501和右侧光幕502,分别部署于所述书架本体1两侧的内壁，用于检测书籍外凸和物品遗留；所述检测光幕5为分段式光幕或者多个段光幕的组合结构，即所述左侧光幕501和右侧光幕502对应所述书架隔板的位置不配置红外发射器或红外接收器，排除所述书架本体1的结构对所述检测光幕5的干扰。
[0056]
光幕是利用光电感应原理制成的安全保护装置，光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，装置发出遮光信号，光幕分为具有安全等级的安全光幕和不具有安全等级的普通光幕，所述检测光幕5不要求太高的分辨率，选用合适的现有普通光幕产品。
[0057]
所述控制台3包括与控制模块301通讯连接的存储模块302、图像识别模块303、触控屏304、书籍扫描装置305和用户识别模块306、语音播放器307，所述存储模块303用于存储书籍信息、用户信息、借阅信息以；所述图像识别模块303用于接收所述图像采集单元2发送的图片，对图片进行智能分析，判断书籍摆放是否整齐和书籍位置是否正确以及对用户的借书和还书信息进行验证；所述触控屏304提供可操作图形界面，方便用户进行用户认证、借书和还书的操作；所述书籍扫描装置305用与扫描书籍上的二维码或条形码以识别书籍信息，记录用户借书信息或还书信息；所述用户识别模块306用于认证和识别用户；所述语音播放器307根据所述控制模块301的指令播放语音信息；
[0058]
所述控制台3和所述光检模块101、直立辅助装置102、图像采集单元2、检测光幕5、自动门4电气连接。
[0059]
所述书架本体1上部配置有照明灯柜103和监控摄像头104，与所述控制台3电气连接。
[0060]
所述用户识别模块306为虹膜识别装置、指纹识别装置、人脸识别摄像头中的任意一种或几种的组合，识别用户的方式为虹膜识别、指纹识别、人脸识别中的任意一种或几种的组合，如图1所示，本实施例选用了人脸识别摄像头配合触控屏304输入账号密码的验证方式。
[0061]
如图5所示，所述控制台3配置有与所述控制模块301通讯连接的无线通讯模块，所述无线通讯模块通过wifi或蓝牙方式与用户移动终端进行通讯，用户通过移动终端进行用户识别认证、借书、还书、浏览书籍信息操作，所述无线通讯模块还可以包括4g通讯模组，所述控制台3通过4g通讯模组与云服务器通讯连接，上传书籍信息、用户信息、借阅记录以及监控摄像头104的实时监控录像，用户移动终端通过连接云服务器与所述控制台3进行通讯，与所述wifi或蓝牙方式互为备用。
[0062]
所述直立辅助装置102包括无杆电缸、挡板1023和压力传感器1024，所述无杆电缸包括电缸本体1021和滑块1022，所述挡板1023固定连接于所述滑块1022一侧，所述压力传感器1024设置于所述挡板1023一侧；所述无杆电缸控制所述滑块1023沿所述电缸本体1021运动，带动所述挡板1022运动以压紧或放松书籍列，所述压力传感器1024实时监测所述挡板1023受到的压力，以免过度压紧造成书架本体1或者所述直立辅助装置102本身的损坏。
[0063]
作为一种优选地方案，如图3所示，所述滑块1022一侧设置旋转电机1027，所述固定块1025通过所述旋转轴1026旋转连接于所述滑块1022，所述挡板1023固定连接于所述固定块1025一侧，所述旋转电机102通过输出轴带动设置在滑块1022内部的齿轮组进而驱动所述旋转轴1026旋转带动所述固定块1025旋转，所述压力传感器1024设置于所述挡板1023
两侧，本方案可排除所述滑块1022对所述挡板1023运动行程的限制，当书籍较少时控制所述滑块1022转动使所述挡板1023位于靠近书籍，防止由于滑块1022长度的限制使所述挡板1023无法压紧书籍；当书籍较多时，使所述挡板1023位于远离书籍，以节约分格内的空间，使分格充分利用。
[0064]
如图6所示，本发明公开的一种无人值守共享图书系统的使用方法，包括如下步骤：
[0065]
s1：用户进行身份认证，认证成功打开自动门；
[0066]
s2：用户借书或还书并整理书架，实时监测各分格内的书籍是否被移动过，统计生成动作分格记录；
[0067]
s3：用户提交操作完成的通知，检测书架上是否有遗留物品或书籍摆放是否不规范；
[0068]
s3.1：若是，通过视频和语音提醒用户，跳转到步骤s2；
[0069]
s3.2：若否，跳转到步骤s4；
[0070]
s4：根据动作分格记录采集分格图像；
[0071]
s5：对图像进行智能识别，判断是否存在书籍倾斜或横置的情况以及是否存在书籍乱架的情况；
[0072]
s5.1：若存在，通过视频和语音提醒用户，跳转到步骤s2；
[0073]
s5.2：若不存在，生成用户操作信息，跳转到步骤s6；
[0074]
s6：关闭自动门并根据用户操作信息更新借阅信息和书籍信息。
[0075]
所述步骤s2中,用户借书的具体方法为：用户操作所述触控屏304控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板1023后退；从分格中拿取书籍；再控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板1023前进，所述压力传感器1024实时监测所述挡板1023受到的压力大小，当压力超过压力参数p后电机停止转动并语音通知用户。
[0076]
用户还书的具体方法为：用户通过所述触控屏304根据书籍上的识别号查询书籍位置信息或者通过所述书籍扫描装置305扫描书籍上的二维码或条形码得到书籍位置信息；操作所述触控屏304控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板1023后退；根据所述书籍位置信息将书籍放入分格；再控制所述无杆电缸的电机转动进而带动所述挡板1023前进，所述压力传感器1024实时监测所述挡板受到的压力大小，当压力超过压力参数p后电机停止转动并语音通知用户。
[0077]
监测各分格内的书籍是否被移动过并生成动作分格记录的方法为：当分格内的滑块(1022)移动过，将所述分格的编号计入动作分格记录。
[0078]
所述步骤s3中，所述检测光幕5和光检模块101配合检测书架上是否有遗留物品或书籍摆放是否规范，所述检测光幕5检测书架上是否有遗留物品以及书籍摆放外凸，所述光检模块101检测书籍摆放内凹或书籍排列不紧密，具体方法为：所述光检模块101由光检条一1011和光检条二1012组成，所述光检条一1011内的光敏元件编号为1-i(i＝1,2,
…
,n),光检条二1012内的光敏元件编号为2-i(i＝1,2,
…
,n)，n为光敏元件的数量；书籍下部同时覆盖所述光检模块101的两条光检条，任意一组光敏元件1-i和2-i输出的电平一致，若存在任意一组光敏元件1-i和2-i输出的电平不一致，则说明书籍摆放外凸或内凹，光检模块101设置于分格前部，检测书籍摆放位置过于内凹；检测并选取输出低电平的光敏元件组1-i和
2-i构成集合a，在集合a中选取编号最大的一组光敏元件1-m和2-m(m<n),若存在至少一组光敏元件1-j和2-j输出高电平且j<m,则说明书籍两两之间未夹紧存在较大空隙。
[0079]
所述步骤s5中，对采集的图像进行智能识别的具体方法为：
[0080]
s5.11：对图像进行预处理，增强书脊边缘的对比度；
[0081]
s5.12：通过直线检测技术识别图像集一中的直线，根据直线长度对比和直线角度判断书籍是否存在倾斜或横置的情况，若存在，则跳转到步骤2，并语音提醒用户；
[0082]
s5.13：基于书脊边缘特征对图像进行边缘分割生成子图像，每一本书即代表一个子图像，通过字符识别技术提取书脊上的书名和识别号，通过书名和识别号可查询得到书籍位置信息，识别是否存在书籍乱架的问题，若是，则跳转到步骤2，并语音提醒用户，若否跳转到步骤s5.21；
[0083]
s5.21：根据识别出的书名和识别号统计生成各分格内的书籍信息，对比用户认证前的书籍信息生成用户操作记录。
[0084]
用户通过所述触控屏304和所述用户识别模块306进行身份认证，打开所述自动门4进行借书和还书的操作，可通过操作所述直立辅助装置102以压紧或放松书籍列，并通过所述书籍扫描装置305扫描书籍上的二维码和条形码获取书籍位置信息以便于还书，在此过程中所述光检模块101实时监测各分格内的书籍是否被移动过，生成动作分格记录，用户操作完成后通过操作所述触控屏304提交操作完成的通知；所述控制模块301在接收到操作完成的通知后，通过所述检测光幕5检测是否有书籍外凸或存在物品遗留在所述书架本体1的情况，同时通过所述光检模块101检测是否存在书籍放置位置过于内凹或书籍两两之间未夹紧存在较大空隙的情况，若存在上述情况任意一种则跳转到步骤s2并通过语音播放器307播放语音或在触控屏304显示文字信息以提醒用户整理书架；若不存上述情况，所述控制模块301通知所述图像采集单元2根据动作分格记录采集分格图像并上传控制台3，所述图像识别模块303首先对图片进行智能识别和分析以判断书籍是否存在倾斜或横置的情况以及是否存在书籍放置位置不正确的情况，若存在书籍倾斜横置或位置异常的情况，则跳转到步骤s2；若不存在上述情况，则所述控制模块301根据智能识别获取的书籍信息对比用户操作前的书籍信息，生成用户操作信息；所述控制模块301控制所述自动门4关闭，并将用户操作信息存入所述存储模块302，并更新书籍信息和借阅信息。
[0085]
用户可通过移动终端与所述控制台3建立无线通讯，代替所述触控屏304进行用户识别认证、借书、还书、浏览书籍信息等操作以及对所述直立辅助装置102进行操作，更加方便灵活。
[0086]
所述步骤s5.11中所述预处理包括在降噪和灰度转化、倾斜校正、拉普拉斯锐化等图像处理手段中按实际图像质量选取任意几种的组合，若扔达不到智能识别的要求，则控制所述图像采集单元2重新扫描拍摄。
[0087]
所述步骤5.12中直线检测技术使用canny边缘检测、霍夫变换相结合的方式来提取图像中的直线，所述检测方法为提取水平直线和相连接的竖直直线做对比，由于书籍长度一般大于书籍厚度，可设定一个经验阈值k，若水平直线和相连接的竖直直线做比例运算的结果小于所述经验阈值k，则可判断书籍横置。
[0088]
所述步骤5.13的边缘分割技术使用分水岭算法，分解成单本书的子图像后，运用区域定位技术，提取书名和识别号所在的区域，然后再使用ocr技术进行文字识别。
[0089]
本发明通过图像智能识别配合检测光幕5和光检模块102，智能化的检测图书摆放不整齐和书籍乱架的问题，并能及时提醒用户处理，从流程上保证了无人值守书架的整齐美观和各分格书籍的位置正确，并能根据图像智能识别生成用户操作记录，简化了用户借书、还书的操作流程，保证了借阅信息的准确性，优化了管理流程。
[0090]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。