基于ARM開發(fā)板的“慧眼識(shí)書”系統(tǒng)

盧建華

摘要：本文介紹了一種基于Android+ARM基本框架的圖書館智能眼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，能夠提高學(xué)生綜合運(yùn)用多門專業(yè)課程知識(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；慧眼識(shí)書；圖像識(shí)別；云計(jì)算

中圖分類號(hào)：G250.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）34-0252-02

據(jù)調(diào)查，開放式圖書館有大量的書籍被放錯(cuò)了位置，在大學(xué)這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，許多需要找書的人無(wú)法在正確的位置找到想要的書。而因?yàn)殚_放式圖書館圖書的數(shù)量巨大，現(xiàn)有的使用人力檢測(cè)的解決方法必將是一個(gè)耗時(shí)、耗力的操作；少量圖書館使用了RFID來(lái)進(jìn)行書籍的檢測(cè)，但是成本極高，而且RFID本身的識(shí)別密度也限制了其檢測(cè)速度。

針對(duì)上述問題，筆者指導(dǎo)本科在校學(xué)生，以Android+ARM為基本平臺(tái)，綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段，設(shè)計(jì)了一套低成本、高精度的檢測(cè)系統(tǒng)——圖書館智能眼Smart Eyes。通過該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能讓學(xué)生綜合掌握嵌入式、圖像識(shí)別、云計(jì)算以及Android等開發(fā)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)圖書位置的精確識(shí)別。Smart Eyes拍攝并識(shí)別出書籍的編號(hào)，判斷出其具體的位置，篩選出放錯(cuò)位置的書籍，然后通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將識(shí)別出的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；云端經(jīng)過處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到Android客戶端，由圖書管理員來(lái)進(jìn)行位置錯(cuò)誤的書籍處理。這樣，一個(gè)大型圖書館的圖書整理工作只需要極少的員工，就能完成書籍的正確位置擺放。該系統(tǒng)極大地減輕了圖書館的圖書整理工作，給大型圖書館的管理帶來(lái)前所未有的便捷。

一、“慧眼識(shí)書”系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.模式識(shí)別。模式識(shí)別是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有清晰地識(shí)別出相機(jī)拍攝的圖片，準(zhǔn)確獲取圖書的標(biāo)簽號(hào)碼，才能解析出圖書信息，進(jìn)一步判斷該圖書應(yīng)該放置的正確位置。首先經(jīng)過灰度化處理，改進(jìn)的雙邊濾波對(duì)每一幅圖片進(jìn)行預(yù)處理，基于遺傳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取到目標(biāo)區(qū)域，然后通過OCR技術(shù)識(shí)別出圖像文字。

2.ARM開發(fā)板。作為數(shù)據(jù)交換橋梁和控制中心，在得到圖像數(shù)據(jù)后，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將圖片數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器上有開發(fā)好的圖像識(shí)別程序，實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像處理并比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，找出放錯(cuò)位置的書籍，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至微軟云存儲(chǔ)。

3.Windows Azure云存儲(chǔ)。在云端建立SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，把服務(wù)器識(shí)別出來(lái)的位置錯(cuò)誤的書籍信息存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并利用windows azure的推送功能，把位置錯(cuò)誤書籍的信息實(shí)時(shí)推送到客戶端，客戶端在歸位位置錯(cuò)誤的書籍之后，即可刪除該書籍的信息，云端數(shù)據(jù)庫(kù)也會(huì)同步刪除，其他客戶端也會(huì)收到該書籍已歸位的信息。

二、“慧眼識(shí)書”系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.技術(shù)路線。該系統(tǒng)的核心是采用高速嵌入式處理器，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化的控制，自動(dòng)對(duì)圖書信息進(jìn)行采集，并可根據(jù)管理員的控制需要，實(shí)時(shí)地對(duì)采集位置進(jìn)行調(diào)整。通過“通用嵌入式組件+面向應(yīng)用的定制”方式，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本條件下的高效數(shù)據(jù)采集、初步處理和發(fā)送，并能夠以實(shí)時(shí)的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整和控制。隨著圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，目前圖片上的文字內(nèi)容能夠被準(zhǔn)確無(wú)誤地識(shí)別出來(lái)，這就給文字提取、識(shí)別提供了方便。文字能夠從圖片上提取出來(lái)，很多人工智能判斷就可以實(shí)施了，圖書館智能眼系統(tǒng)就是通過相機(jī)對(duì)書架上的圖書進(jìn)行拍照，利用改進(jìn)的雙邊濾波，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對(duì)圖書的標(biāo)簽區(qū)域進(jìn)行定位，并識(shí)別出該圖書的編號(hào)，獲取該圖書的正確位置信息。

云計(jì)算技術(shù)在近年來(lái)的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)，云計(jì)算為人們的生活提供了方便，該系統(tǒng)通過微軟云的通知中心提供推送功能，可以實(shí)時(shí)地把書架信息推送給每一個(gè)客戶端，避免了單獨(dú)與每一個(gè)客戶端通信給服務(wù)器造成的過大壓力，且避免了數(shù)據(jù)容易丟失的問題。通過云計(jì)算，將大量的數(shù)據(jù)集中在云端；對(duì)云端數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，從而根據(jù)數(shù)據(jù)分布和可視化的大數(shù)據(jù)表達(dá)方式給圖書管理提供必要的支撐。

基于移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的客戶端實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的客戶端可以是任何接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，包括筆記本，平板電腦，甚至是手機(jī)。數(shù)據(jù)采集和識(shí)別都是自動(dòng)完成，處理結(jié)果由云端推送到具體的設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)同步。管理人員只要攜帶著這樣一部設(shè)備，就可以查看到所有圖書的位置，并根據(jù)推送的信息得到當(dāng)前不在正確位置的圖書信息，然后選擇歸位某本圖書。圖書歸位完成后，原圖書位置錯(cuò)誤信息在隨后的掃描中自動(dòng)更正。同時(shí)，該操作也會(huì)在所有的設(shè)備中進(jìn)行同步。

2.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法?！盎垩圩R(shí)書”系統(tǒng)包括圖像采集裝置、數(shù)據(jù)傳送裝置、中央數(shù)據(jù)處理裝置、數(shù)據(jù)分發(fā)裝置、數(shù)據(jù)顯示裝置。

圖像采集裝置由懸掛導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、升降桿、攝像頭、ARM開發(fā)板構(gòu)成，通過ARM開發(fā)板控制步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)攝像頭按預(yù)定的速率在懸掛導(dǎo)軌上移動(dòng)，并拍攝圖書照片。

如圖1所示，主要機(jī)械裝置包括側(cè)向滑軌1、懸掛導(dǎo)軌2、滑塊3、滑動(dòng)頭4和升降桿5。懸掛導(dǎo)軌2架設(shè)在兩個(gè)側(cè)向滑軌1之間，材質(zhì)為不銹鋼，根據(jù)圖書館書架的個(gè)數(shù)和長(zhǎng)度具體情況，規(guī)格不同。滑塊3內(nèi)部?jī)蓚?cè)鋼珠填充，可在側(cè)向滑軌上滑動(dòng)。升降桿5頂部裝有滑動(dòng)頭4，可在懸掛導(dǎo)軌2上左右滑動(dòng)，可采用鋁合金或者塑料等材質(zhì)，完全伸縮的長(zhǎng)度由圖書館書架高度決定。升降桿5下端掛有相機(jī)。相機(jī)像素不小于500萬(wàn)，保證拍照的清晰度。

數(shù)據(jù)傳送裝置可以通過無(wú)線的方式將采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，目前大量的圖書館已架設(shè)內(nèi)部WIFI網(wǎng)絡(luò)，可以利用WIFI模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央數(shù)據(jù)處理裝置。

中央數(shù)據(jù)處理裝置包括圖像數(shù)據(jù)處理模塊，圖像采集裝置采集到圖像后，通過數(shù)據(jù)傳送裝置，經(jīng)有線或無(wú)線模塊將圖像傳送到圖像數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別；除了識(shí)別出索引號(hào)之外，還可獲取圖書的名稱、出版社等信息，并記錄當(dāng)前書籍的位置信息，包括書架號(hào)和欄號(hào)，再將錯(cuò)誤放置的信息和應(yīng)正確放置的位置發(fā)送給數(shù)據(jù)分發(fā)裝置。

數(shù)據(jù)分發(fā)裝置將中央數(shù)據(jù)處理裝置識(shí)別的信息分發(fā)到數(shù)據(jù)顯示裝置。

數(shù)據(jù)顯示裝置是管理人員手持的安卓手機(jī)、IOS手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備或圖書館管理用PC機(jī)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以ARM開發(fā)板為中心，ARM開發(fā)板中導(dǎo)入寫好的控制程序，由ARM發(fā)出命令控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)相機(jī)在導(dǎo)軌上移動(dòng)，以達(dá)到對(duì)每個(gè)書架的掃描，導(dǎo)軌位于圖書館每層頂部，具體鋪設(shè)路徑根據(jù)每個(gè)圖書館情況而定。

相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與ARM開發(fā)板相連，每當(dāng)相機(jī)拍攝一張圖片數(shù)據(jù)，即時(shí)傳送到ARM開發(fā)板中。ARM開發(fā)板作為數(shù)據(jù)交換橋梁和控制中心，在得到圖像數(shù)據(jù)后，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將圖片數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器。

服務(wù)器上有開發(fā)好的圖像識(shí)別程序，實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像處理并比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，找出放錯(cuò)位置的書籍，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至微軟云存儲(chǔ)。

微軟云上的數(shù)據(jù)馬上通過推送功能，推送至客戶端。圖書管理員在辦公時(shí)，只需根據(jù)客戶端提供的錯(cuò)書列表即可找到放錯(cuò)位置的圖書，錯(cuò)書列表中提供的數(shù)據(jù)包括放錯(cuò)位置書籍的當(dāng)前位置，和該書籍應(yīng)該放置的位置。

通過該系統(tǒng)輔助，管理員不需要花費(fèi)大量時(shí)間到每個(gè)書架上去查找放錯(cuò)位置的書籍，大大地節(jié)省了時(shí)間和精力。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠讓學(xué)生將所學(xué)的多門專業(yè)課程知識(shí)融會(huì)貫通，極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]林學(xué)森.深入理解Android內(nèi)核設(shè)計(jì)思想[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[2]劉望舒.Android進(jìn)階之光[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[3]杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[4]馮偉興.Visual C++數(shù)字圖像模式識(shí)別技術(shù)詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.