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仓储办理中的图象中间件设想与完成

信息来历: 宣布时候:2020-12-06 点击数:

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现阶段的仓储办理体系中, RFID射频辨认手艺以其非打仗、可反复操纵、疾速扫描、读取便利疾速、数据容量大、操纵寿命长等长处在物流仓储行业取得愈来愈多的操纵[1]。可是因为RFID电子标签价钱偏高, 除大都附加值较高的产物外, 绝大大都产物难以蒙受其带来的高本钱, 这将会限定RFID操纵的推行。仓储办理体系的成长趋向将会是多种手艺的综合操纵。

图象手艺狭义上讲是各类与图象相干手艺的总称[2]。图象手艺比拟笼统矫捷, 图象收罗及时疾速。和RFID手艺近似, 图象手艺能够或许或许或许以非打仗和无损的体例对产物停止品质检测[2]。颠末多年的研讨与现实操纵的堆集, 图象手艺的成长已比拟成熟, 在差别范畴获得了普遍的操纵。

本文经由进程阐发图象辨认与图象阐发等手艺, 设想了一种三层模块化计划的图象中间件, 完成了对底层硬件装备操纵、图象处置流程和与用户体系交互的封装。图象中间件集成于某石化公司的仓储办理体系中, 在RFID装备与短信报警装备帮助下完成对出/入堆栈货色的监测、检测与计量。

1中间件手艺

中间件是介于平台 (硬件与操纵体系) 和操纵之间的具备规范法式接口与和谈的通用办事。中间件能够或许或许在多种硬件与操纵体系平台上运行, 能够或许或许供给跨收集、硬件及操纵体系平台的通明性操纵, 并且撑持散布式计较。中间件的法式接口界说了一个绝对稳定的基层操纵环境, 针对底层差别的硬件装备及操纵体系环境的变革, 只要从头界说中间件的营业逻辑并坚持其对外的接口界说稳定, 则基层操纵软件几近不需任何点窜, 如许有益于企业操纵软件的保护与扩大。中间件完成对底层装备的切确节制, 及时收罗原始数据, 对数据停止过滤, 并在此中封装典范的操纵逻辑, 使体系接口简略通明, 从而到达体系的调和任务[3]

2环境摹拟

一个典范的图象收罗体系的构成应当包含图象收罗器、图象收罗卡和操纵操纵软件。

堆栈环境如图1所示, 在堆栈的出/入库门上装置摄像头、RFID天线与浏览器, 它们经由进程各自的线路与节制中间的节制台毗连, 节制台是一台装有图象收罗卡与仓储办理体系的PC机。在每辆叉车上粘贴RFID电子标签。在集成仓储办理体系中, RFID装备帮助图象中间件对出/入库的叉车停止图象抓取、辨认与阐发, 将阐发成果传给办理体系停止响应操纵, 完成货色的主动检测计量。每次出/入库的具体信息 (包含图片与视频信息) 会被绑定为一条记实保管到数据库中。

图1 堆栈环境  下载原图


3图象中间件操纵软件计划

图象中间件操纵软件计划如图2所示。图象收罗装备处于底层硬件装备层, 其将获获得的图象原始数据传递到图象中间件停止处置。图象中间件别离为三层:装备办理层、图象处置层、事务处置层。图象中间件具备图象数据缓冲机制, 缓冲行列中的图象颠末图象处置, 成果会被传递到事务处置层剖析成操纵层所懂得的体例, 为操纵层体系所用。

图2 图象中间件操纵软件计划  下载原图


4图象中间件具体计划设想

如图3所示, 图象中间件包含装备层接口、图象处置层、事务处置层。通透性是全数操纵的关头, 精确抓取数据, 确保数据读取的靠得住性, 和有用地将数据传递到后端体系都是必须斟酌的题目[4]。装备办理层供给装备层接口, 屏障差别装备间差别, 调和差别装备间通讯, 将差别装备收罗的数据停止整流与处置。处置成果由事务处置层按照营业法则停止剖析与事务范例判定, 将差别范例所表现的语义经由进程定阅机制宣布到操纵层用。

图3 图象中间件具体计划  下载原图


4.1装备层接口

装备层接口完成了硬件底层对操纵基层的通明。经由进程装备层接口能够或许或许完成对底层装备的切确节制, 能够或许或许便利地完成装备设置装备摆设、数据收罗、图片保管、视频保管等操纵。

差别图象收罗装备厂商所供给的装备接口和装备所操纵的和谈能够或许或许各不不异, 为了屏障差别图象收罗装备之间存在的差别, 装备接口层接纳散布式代办署理形式, 每一个图象收罗装备都将会设置装备摆设一个代办署理。代办署理担任节制图象收罗装备的驱动、数据收罗与保管等任务, 将差别装备传出去的数据转换成规范化格局。代办署理之间经由进程UDP / IP上的XML动静来交换信息[5], 加强了中间件的可扩大性。

每一个装备都对应一份装备设置装备摆设文件, 设置装备摆设文件经由进程装备层的办理引擎停止组合。差别摄像头与视频卡传递的图象数据流经由代办署理发送到装备层的办理引擎。代办署理能够或许或许完成装备驱动的挪用事务。首要的UML类图如图4所示。

图4 代办署理相干类图计划  下载原图


4.2图象处置层

图象处置层是图象中间件的焦点层, 其及时对原始数据进一步处置, 检测辨认货色并封装了图片保管、视频保管等操纵。

4.2.1 图象保管与视频保管

图象处置层领受到事务处置层剖析后的基层的图象或视频保管号令, 从基层收罗的原始数据中提取以后场景的数据流保管为图片信息或视频信息。每次叉车运载货色出/入库时, 中间件主动挪用图象与视频保管功效, 能够或许或许保管出/入库图片和具备必然延续时候的视频。

图象与视频的保管操纵别离在零丁的线程中停止, 有用地保证了图象数据的疾速、及时处置。

4.2.2 货色检测

货色检测进程是经由进程对缓冲行列中图象停止活动检测、辨认、婚配、阐发等操纵后获得出/入库货色的数目。货色检测流程如图5所示。

图5 货色检测流程  下载原图


模块功效以下:

(1) 图象缓冲 装备层传递到中间件的原始图象数据量大, 且对货色检测来讲良多属于无用数据。图象缓冲机制将大批原始数据按照必然的法则停止挑选缓冲, 去除冗余数据, 将合适前提的图象数据寄存于待处置行列中, 期待进一步处置挪用。图象缓冲操纵是在零丁的线程中停止的。

(2) 获得活动地区 本文接纳帧差法来完成活动方针的检测。在图象缓冲行列中获得相邻的两帧图象, 将他们的差分图象停止二值化处置, 经由进程像素值变更与阈值巨细的比拟来判定像素是背景像素仍是远景像素, 操纵标记的像素地区肯定活动方针在图象中的活动地区。为去除时代噪声的影响, 接纳在差分图中寻觅基于块成长的连通地区, 将面积小于必然阈值的地区丢弃。

(3) 货色辨认 货色辨认的完成首要操纵了Harr分类器。操纵大批样本的Harr特色停止分类器练习, 获得一个级联分类器。级联分类器是指终究的分类器是由几个简略分类器级联构成。Harr练习流程如图6所示。练习样本分为正例样本和反例样本。正例样本接纳的是叉车上差别层数的货色, 反例样本是指车间内除货色外各类变更的场景, 如空车、行人、灯光等。

图6 Harr Training流程  下载原图


在图象检测中, 被检窗口顺次经由进程每级分类器, 如许在后面几层的检测中大局部的候选地区就被解除, 全数经由进程每级分类器检测的地区即为方针地区。方针活动检测的活动地区能够或许或许是人、空车或载有货色的叉车等环境, 经由进程货色辨认能够或许或许去除人和空车等对活动地区的影响。

(4) 背景消弭 仓储办理体系中接纳RFID手艺完成一种背景更新机制。叉车颠末RFID的感到地区, 体系会读取到叉车上的RFID旌旗灯号并激活背景更新引擎。当RFID旌旗灯号消逝时候延续必然值时, 体系会挪用中间件供给的背景更新接口停止背景更新。气候或时候等身分的变更能够或许或许会形成的场景的较着变更, 倒霉于图象检测与辨认。RFID的操纵能够或许或许保证堆栈中场景背景短时候内的延续更新, 能够或许或许或许在很大程度上消弭上述环境的影响。

将货色活动地区图象与以后更新背景图象停止差减, 以到达消弭背景的成果, 保留下图象中的货色活动地区。

(5) 模板婚配 按照已知形式 (模板图) , 到另外一幅图中搜刮相婚配的子图象的进程, 称为模板婚配。它是一种基于像素灰度值的相干算法。

咱们接纳归一化穿插相干 (Normalized Cross Correlation) 算法简称NCC, 来怀抱模板图象T和图象中搜刮子图S的类似程度, 相干系数界说以下:

R(i,j)=m,n|Si,j(m,n)E(Si,j)||T(m,n)E(T)|m,n(Si,j(m,n)E(Si,j))2m,n(T(m,n)E(T))2R(i,j)=∑m,n|Si,j(m,n)-E(Si,j)||Τ(m,n)-E(Τ)|∑m,n(Si,j(m,n)-E(Si,j))2∑m,n(Τ(m,n)-E(Τ))2

此中, E (Sij) 与E (T) 别离是搜刮子图Sij与模板图T的灰度平均值, R (ij) 为在坐标 (ij) 处模板图与搜刮子图的相干系数。经由进程模板婚配手艺, 咱们获得了相干系数最大的点也便是最好婚配点O (ij) 。

该体例简略易行, 其数学统计模子和收敛速率、定位精度、偏差估量等均有定量的阐发和研讨成果。

(6) 地区成长 地区成长体例是从图象的一个像素动身, 慢慢增添像素数停止地区增加。对由这些像素构成的地区操纵某种平均测度怀抱测试其平均性。若为真则持续扩大地区, 直到平均测度为假。对“平均测度怀抱Rm”能够或许或许笼统为以下数学干系:

Rm={Trueif(max|f(x,y)Measure|<Threshold)FalseothersRm={Τrue if(max|f(x,y)-Μeasure|<Τhreshold)False   others

此中Measure=Average (f (xy) ) 表现地区R的均值。Threshold为一阈值。

咱们将模板婚配手艺与地区成长手艺相连系, 以模板婚配找出的最好婚配点O (ij) 作为成长的种子点, 按照灰度差原则在活动地区内停止地区成长, 终究将方针物朋分出来。

对货色朋分出来的地区, 接纳基于表面的阐发体例停止最初挑选, 获得的一般成长成果能够或许或许用来判定货色数目。

4.3事务处置层

事务处置层为操纵体系供给拜候接口, 操纵体系经由进程接口发送办事号令, 中间件将响应的处置成果转换为操纵体系所懂得格局反应给基层操纵体系。事务处置模块分为三个子模块。

4.3.1 设置装备摆设办理模块

首要对图象收罗装备的物理设置装备摆设信息停止办理, 保证装备的一般运行并供给非常处置办法。

4.3.2 事务范例模块

图象处置成果能够或许或许含有差别的语义信息, 事务范例模块按照基层界说的营业法则对处置成果停止阐发与分类, 判定事务范例。本文中事务范例首要有以下三种范例:

一般出/入库事务 叉车载货停止一般的出库或入库事务。

返库事务 出产入库功课时, 叉车载货由堆栈到出产车间的事务 (一般应当是叉车载货由出产车间到堆栈) ;出库功课时, 叉车载货前往堆栈的事务 (一般应当是叉车载货出堆栈) 。

非满事务 出/入库时叉车载货不满的事务。

4.3.3 操纵层接口

操纵层接口完成了操纵层体系对图象中间件的拜候。本文接纳定阅与剖析机制。定阅/剖析器使得体系有着更好的可扩大性和可移植性。在原始数据收罗层, 代办署理兼容了差别的装备接口, 使中间件与装备有关。而剖析机制则将基层体系发来的界说文件转化为中间件能够或许或许懂得的体例[6]。操纵体系经由进程定阅机制能够或许或许定阅感乐趣的事务, 一旦这些事务被触发, 则会被发送到指定的地位。

5图象中间件的理论操纵

上述图象中间件被集成在某石化公司的仓储视觉计量与监控体系中, 经由进程现实测试能够或许或许完成及时监控货色收支库环境, 对货色停止精确检测与计量, 撑持汗青图象与视频查问, 对数据停止有用收罗、传输和记实, 全体进步了任务效力和出产宁静性。

5.1及时监控

客户操纵法式能够或许或许挪用图象中间件供给的视频监控接口, 完成对各任务场景的多路及时监控, 能够或许或许随时截取肆意场景的及时图象, 录制视频。

5.2检测计量

载有货色的叉车颠末出/入库门时, 图象中间件能够或许或许疾速阐发叉车的活动标的目的 (进门仍是出门) 和运载货色的数目, 并将这些信息记实保管到数据库, 更新操纵体系的出/入库记实的及时显现。图7为现场出库记实。

图7 及时出库记实  下载原图


图象中间件的主动检测与计量进程不须要任务职员的到场, 同时也省去了在货色上贴电子标签的用度, 针对出库与非满的环境, 操纵体系能够或许或许或许停止报警提醒, 进步出产进程的宁静性。

5.3图象与视频查问

体系可和时显现货色每次出/入库所对应的具体记实信息, 用户能够或许或许调看每条记实中的图象与视频。操纵法式也撑持对汗青出/入库记实的具体查问, 挪用汗青图象与视频, 保证每次出/入库记实有证可依。图8为用户调看记实视频。

图8 记实视频调看  下载原图


6本钱对照

传统的RFID在仓储办理体系中的操纵是在每件货色上贴标签, 经由进程读取大批标签信息停止货色计量办理。图象中间件的仓储办理体系, 则操纵图象处置手艺代替大批标签, 只要在叉车上贴少许标签。

以某石化公司一间出产堆栈为例, 对操纵两种差别设想体例的仓储办理体系在操纵中的一年本钱投入停止比拟, 如表1所示。

表1传统RFID与图象中间件本钱对照单元:元 导出到EXCEL





该堆栈出产线天天约出产300吨货色 (每袋货色25KG, 即天天统共出产12000袋货色) , 每一个标签约2元, 叉车100辆, 贴在叉车上的标签的年折损率为10%, 一年约莫出产340天。经由进程表1对照成果, 很较着接纳图象中间件的仓储办理体系会为该企业节流很大本钱投入。

7

本文提出了一种操纵于仓储办理体系中的图象中间件的设想形式。这类图象中间件计划能很好地屏障低端各类物理装备的信息, 按照封装的营业逻辑对图象数据停止处置, 将成果上传给须要的操纵法式;操纵代办署理和定阅/剖析手艺, 使体系有杰出的可扩大性和移植性;经由进程操纵图象收罗体系完成了对出/入库货色的检测与计量, 进步了出产效力和宁静性。图象中间件手艺的操纵使图象数据收罗、阐发和处置与操纵法式相分手, 可合用于差别的图象收罗卡与操纵体系。图象中间件接纳模块化计划, 许可企业按照差别的需要对功效模块停止增加和裁剪, 能够或许或许普遍推行到其余贸易范畴中。

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