基于圖像識(shí)別的垃圾桶智能監(jiān)護(hù)方法研究

凌詩(shī)佳

摘? ?要：隨著人們生活水平的不斷提高和科技的不斷進(jìn)步，人工智能在人們生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各種智能產(chǎn)品大大提高了人們的生活質(zhì)量。眼下，為了更好地愛(ài)護(hù)環(huán)境，更積極地相應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，各地紛紛開(kāi)始實(shí)施垃圾分類(lèi)政策。為使工作更高效，基于圖像識(shí)別的智能垃圾分類(lèi)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。文章對(duì)此展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別;人工智能;垃圾分類(lèi)

智能電視除了可以觀(guān)看電視節(jié)目，還可以網(wǎng)上購(gòu)物、玩虛擬游戲。智能燈會(huì)根據(jù)不同的生活場(chǎng)景和人不同的心情產(chǎn)生不同的燈光效果。智能體重秤可以和手機(jī)關(guān)聯(lián)，檢測(cè)出人體脂肪、水分、蛋白質(zhì)、肌肉等方面的數(shù)據(jù)，幫助用戶(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體健康情況。智能掃地機(jī)器人能自動(dòng)測(cè)量工作空間，規(guī)劃合理路徑，使工作繁忙的上班族從家務(wù)中解放出來(lái)。越來(lái)越多的消費(fèi)者已經(jīng)習(xí)慣了科技所帶來(lái)的高效便捷的生活方式。若能將人工智能中的圖像識(shí)別技術(shù)和垃圾分類(lèi)相結(jié)合，便能使我國(guó)的垃圾分類(lèi)政策更好、更快地推進(jìn)，讓我國(guó)在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展道路上走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。本文將就此技術(shù)，進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1? ? 圖像識(shí)別的原理和應(yīng)用

1.1? 圖像識(shí)別的定義

圖像識(shí)別的產(chǎn)生，是人工智能發(fā)展的產(chǎn)物，目的是為了能讓計(jì)算機(jī)代替人腦去識(shí)別圖像等一系列物理信息，從而將人從繁雜的信息處理識(shí)別中解放出來(lái)。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)圖像識(shí)別的應(yīng)用越來(lái)越熟能生巧。圖像識(shí)別技術(shù)的過(guò)程分為信息的獲取、預(yù)處理、特征抽取和選擇、分類(lèi)器設(shè)計(jì)和分類(lèi)決策等。

1.2? 圖像識(shí)別在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用

圖像識(shí)別是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。圖像識(shí)別經(jīng)歷了文字識(shí)別，數(shù)字圖像處理與識(shí)別和物體識(shí)別3個(gè)階段。圖像識(shí)別，就是對(duì)圖形進(jìn)行分析篩選，最后鎖定想要的目標(biāo)。我們現(xiàn)在所說(shuō)的圖像識(shí)別，已經(jīng)不僅僅局限于肉眼的識(shí)別，正是因?yàn)槿祟?lèi)本身的功能已經(jīng)不能滿(mǎn)足我們的需要，所以才要借助計(jì)算機(jī)來(lái)幫助人們進(jìn)行識(shí)別。如果說(shuō)人類(lèi)只是粗略觀(guān)測(cè)的儀器，那么基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的圖像識(shí)別則像是精密觀(guān)測(cè)的顯微鏡，可以幫助人們發(fā)現(xiàn)原本被忽視掉的許多細(xì)節(jié)，或是幫助人們解決無(wú)法解決的問(wèn)題。

1.3? 圖像識(shí)別的原理

圖像識(shí)別的原理并不復(fù)雜，只是要處理的信息比較繁瑣，需要從大量的信息中篩選出可能只有一兩條有用的信息。研發(fā)者們通過(guò)對(duì)日常生活實(shí)踐的不斷模擬，最終設(shè)計(jì)出圖像識(shí)別程序。機(jī)器對(duì)圖像的識(shí)別原理，與人類(lèi)對(duì)圖像的識(shí)別原理是相同的，區(qū)別只在于機(jī)器沒(méi)有對(duì)圖像的感受罷了。圖像識(shí)別的原理是先通過(guò)圖像的特征將圖像分類(lèi)，然后通過(guò)其具有的特征再將圖像識(shí)別出來(lái)。機(jī)器的圖像識(shí)別技術(shù)，就是利用計(jì)算機(jī)，模擬了圖像識(shí)別過(guò)程，通過(guò)提取圖像中的關(guān)鍵信息來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)而識(shí)別各種圖像[1]。

1.4? 模式識(shí)別

模式識(shí)別是人工智能和信息技術(shù)的重要組成部分之一，是指對(duì)事物的形式進(jìn)行分析，然后對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)和識(shí)別。計(jì)算機(jī)的圖像識(shí)別技術(shù)就是模擬人類(lèi)的圖像識(shí)別過(guò)程。而模式識(shí)別原本也是人類(lèi)識(shí)別事物的方式，但是由于人類(lèi)自身已經(jīng)滿(mǎn)足不了對(duì)于識(shí)別的需求，便讓計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)這種識(shí)別模式，為人類(lèi)所用。模式識(shí)別主要分為3種：統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、句法模式識(shí)別、模糊模式識(shí)別。

1.5? 圖像識(shí)別的過(guò)程

圖像識(shí)別技術(shù)的過(guò)程分以下幾步：信息的獲取、信息預(yù)處理、特征抽取和選擇、分類(lèi)器設(shè)計(jì)和分類(lèi)決策。獲取信息時(shí)，通過(guò)傳感器，將光線(xiàn)或聲音通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，因?yàn)橹挥须娦盘?hào)才是機(jī)器能識(shí)別的信息。直接獲取的信息有時(shí)會(huì)不夠清晰，此時(shí)需要對(duì)信息進(jìn)行去噪、平滑、變換等操作，便可以加強(qiáng)圖像的重要特征，其被稱(chēng)之為信息的預(yù)處理。得到信息后需要將信息依據(jù)其特征進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)，然后才能進(jìn)行識(shí)別。將信息依據(jù)特征分類(lèi)的過(guò)程，就是特征抽取和選擇。特征抽取是否正確，會(huì)導(dǎo)致信息分類(lèi)是否準(zhǔn)確，因此其是圖像識(shí)別技術(shù)中關(guān)鍵的一步。最后設(shè)計(jì)分類(lèi)器，可以理解為信息分類(lèi)的規(guī)則，有了規(guī)則，信息就可以被劃分得井井有條。

2? ? 圖像識(shí)別技術(shù)的前景

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，圖像識(shí)別的發(fā)展已經(jīng)大大超出了人們的預(yù)期。數(shù)據(jù)顯示，在圖形識(shí)別上，電腦系統(tǒng)識(shí)別能力已經(jīng)超越了人類(lèi)，越來(lái)越多的科技公司加入圖形識(shí)別的研發(fā)行列。其中，F(xiàn)acebook簽下的人工智能專(zhuān)家Yann LeCun最重大的成就就是在圖像識(shí)別領(lǐng)域，其提出的LeNet為代表的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)用到各種不同的圖像識(shí)別任務(wù)時(shí)都獲得卓越成效;Google借助模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“DistBelief”通過(guò)對(duì)數(shù)百萬(wàn)份YouTube視頻的學(xué)習(xí)自行掌握了貓的關(guān)鍵特征。2020—2024年中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，未來(lái)在工業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)領(lǐng)域，人工智能領(lǐng)域等，圖像識(shí)別都具有非常廣闊的發(fā)展前景[2]。而圖像識(shí)別與智能監(jiān)護(hù)的結(jié)合，就是人工智能領(lǐng)域的一次大膽創(chuàng)新。

3? ? 智能垃圾分類(lèi)

3.1? 智能垃圾分類(lèi)的背景

之所以要實(shí)行垃圾分類(lèi)，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)垃圾分類(lèi)管理，可以實(shí)現(xiàn)最大限度地物質(zhì)循環(huán)利用，有效減少資源浪費(fèi)，改善人們的生存環(huán)境。因此，如何高效準(zhǔn)確地將垃圾實(shí)施分類(lèi)，是全世界共同關(guān)注的課題。根據(jù)目前我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾被廣泛分為4類(lèi)，分別是可回收物、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾?？苫厥瘴锉硎究梢曰厥蘸唾Y源利用的垃圾，主要包括廢紙、塑料、玻璃、金屬和布料5大類(lèi)。廚余垃圾包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉、果皮等食品類(lèi)廢物，回收后經(jīng)生物技術(shù)處理，可以轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)肥料。有害垃圾，指含有對(duì)人體健康有害的重金屬、有毒的物質(zhì)或者對(duì)環(huán)境造成現(xiàn)實(shí)危害或者潛在危害的廢棄物。其他垃圾為除上述幾類(lèi)垃圾之外的難以回收的廢棄物，如磚瓦陶瓷、渣土、塵土等。針對(duì)其他垃圾，通常采用衛(wèi)生填埋的處理方式，可以有效減少對(duì)地下水、地表水、土壤及空氣的污染。但是，由于我國(guó)剛剛實(shí)行垃圾分類(lèi)，一方面，人們對(duì)于垃圾如何分類(lèi)還不是特別了解，另一方面，生活中會(huì)出現(xiàn)的垃圾多種多樣，很多垃圾難以被準(zhǔn)確分類(lèi)，如何對(duì)各類(lèi)垃圾進(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)，困擾著廣大群眾。因此，基于圖像識(shí)別并將垃圾正確分類(lèi)的智能垃圾桶，非常切合大眾需求。

3.2? 基于圖像識(shí)別的智能垃圾分類(lèi)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于圖像識(shí)別的智能垃圾分類(lèi)垃圾桶，需要有攝像頭對(duì)垃圾的圖像進(jìn)行采集，還需要有信息處理器來(lái)對(duì)圖像信息進(jìn)行分析處理。此外，一個(gè)垃圾桶內(nèi)部，需要有多個(gè)小型垃圾桶與垃圾類(lèi)別一一對(duì)應(yīng)，以及相對(duì)應(yīng)的提示燈。大致處理過(guò)程如下：首先，攝像頭拍攝垃圾照片，并將照片上傳至信息處理器，信息處理器對(duì)照片識(shí)別后，對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi);然后生成分類(lèi)結(jié)果，再將結(jié)果發(fā)送到信號(hào)燈指示器;最后，對(duì)應(yīng)的垃圾類(lèi)別的信號(hào)燈就會(huì)亮起，提示人應(yīng)該投入哪個(gè)投放口。需要注意的是，垃圾桶應(yīng)配備傳感器和感應(yīng)開(kāi)關(guān)，并且應(yīng)當(dāng)設(shè)置在垃圾桶外殼與投放口相對(duì)應(yīng)的位置[3]。顯示屏最好選用觸摸屏，便于用戶(hù)操作和調(diào)整設(shè)置以及控制攝像頭。

3.3? 基于圖像識(shí)別的智能垃圾桶的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是最早提出垃圾分類(lèi)的國(guó)家之一，但是一直以來(lái)垃圾分類(lèi)政策效果都不是非常明顯，隨著智能垃圾桶的出現(xiàn)，智能、高效的垃圾分類(lèi)終于走進(jìn)了人們的生活。2019年12月，在十堰茅箭區(qū)北京小鎮(zhèn)、名城港灣以及龔家灣社區(qū)，智能垃圾分類(lèi)回收箱投入使用，吸引了許多居民前來(lái)體驗(yàn)。這批智能垃圾分類(lèi)回收箱采取“互聯(lián)網(wǎng)+”智能化管理模式，小區(qū)居民將垃圾分類(lèi)后投入回收箱中，可以獲得積分兌換日常生活用品。與此同時(shí)，陜西西安、江蘇無(wú)錫等多個(gè)城市，基于圖像識(shí)別的智能垃圾桶也在社區(qū)投入使用，“垃圾分類(lèi)換積分”的政策，大大提高了居民實(shí)施垃圾分類(lèi)的積極性。

3.4? 基于圖像識(shí)別的智能垃圾桶的發(fā)展前景

由社區(qū)智能垃圾桶的成功推廣可以看出，智能垃圾分類(lèi)這項(xiàng)技術(shù)值得大力推廣。目前，由于智能垃圾箱技術(shù)較為復(fù)雜、造價(jià)較高，基于圖像識(shí)別的智能垃圾分類(lèi)技術(shù)，只應(yīng)用在了社區(qū)大型垃圾分類(lèi)垃圾箱上，還未走入尋常百姓家。但是，正如曾經(jīng)的手機(jī)、電視一樣，隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和技術(shù)的不斷精進(jìn)，基于圖像識(shí)別的智能分類(lèi)垃圾桶，在不久的將來(lái)，分類(lèi)會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)，成本會(huì)越來(lái)越經(jīng)濟(jì)節(jié)約，垃圾箱的體型會(huì)越來(lái)越小，最后走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，成為人們生活中的日常必需品。這樣，足不出戶(hù)便可在家完成垃圾分類(lèi)，既節(jié)約了時(shí)間，又做到了保護(hù)環(huán)境。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

相比于人腦識(shí)別，圖像識(shí)別技術(shù)有著識(shí)別更精準(zhǔn)、反應(yīng)更快速的優(yōu)點(diǎn)。利用圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行垃圾分類(lèi)，可以有效地節(jié)約時(shí)間，培養(yǎng)人們的垃圾分類(lèi)意識(shí)。除此之外，垃圾分類(lèi)的有效實(shí)施可以大大減少清潔人員的工作量。重視環(huán)保、垃圾分類(lèi)已經(jīng)是全球大勢(shì)所趨，可以讓科技更好地為人們所用。還可以為這種垃圾桶附加一些其他的功能，比如實(shí)時(shí)監(jiān)控垃圾桶溫度、濕度和垃圾存放量等，可以更好地預(yù)防疾病，讓人們的生活更加健康，改善生活品質(zhì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李觀(guān)發(fā).探究計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別的智能化處理方法[J].數(shù)碼世界，2019（6）：111-112.

[2]崔瑞琳，曹寧.基于智能圖像識(shí)別的視頻處理方法及系統(tǒng).中國(guó)：CN201110414071.2[P].2011.

[3]江輝.基于RFID的智能垃圾分類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（4）：10-13.

Research on intelligent monitoring method of garbage bin based on image recognition

Ling Shijia

（Zhongshan Polytechnic， Zhongshan 528404， China）

Abstract：With the continuous improvement of people's living standards and the continuous advancement of science and technology， the application of artificial intelligence in our lives is becoming more and more widespread， and various intelligent products have greatly improved our quality of life. In order to make the work more efficient， an intelligent waste classification system based on image recognition came into being. This paper analyzes it.

Key words：image recognition; artificial intelligence; garbage classification