基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法及装置与流程
本发明涉及光谱识别技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法及装置。
背景技术：
目前，市场上洗衣机种类繁多，大多数为全自动洗衣机。但是针对不同衣服材质，其洗涤程序差异较大，表现为不同衣料需要不同的浸泡时间、洗涤时间、洗涤强度、洗涤剂添加量、漂洗次数和甩干强度等。但就目前洗衣机市场来看，这些功能都是操作人手动选择了，虽然一些洗衣机有相应布料的洗涤模式，但仍需人为干预，尚无法作到真正智能化的“全自动”。
制作衣服的布料多种多样。这些材料有天然的棉、麻、丝绸、羊毛、羊绒等，也有人工合成材质如牛仔布料、化纤、涤纶、混纺等，也有皮革，呢绒等。每一种衣服材质的洗涤方式都有不同。对衣服材质进行准确识别，进而选择相应的洗涤程序，是实现洗衣机、干洗机“全自动”的重要前提。中国专利号cn202671887u公布了一种能自动识别衣物的洗衣机，通过衣服材质传感器实现衣服材料的自动识别，但目前市场上并没有相应的衣服材质传感器，其识别准确度也有待商榷。中国专利号cn106567220a公布了一种具有衣服材质识别功能的洗衣机及其控制方法，得用摄像机对衣服进行图像识别，并通过云端服务器进行图像处理及衣服材质识别。该方法要求洗衣机能进行网络连接才能进行数据处理，且识别方式单一，识别效果不理想，成本较高，有必要进行改进。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法及装置，用于识别洗衣机或干洗机中衣服的材质，并选择相应洗涤程序，以解决上述现有技术的不足。
本发明提供的基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别装置包括：主机、安装在主机外壳内部的光源、微型高清摄像机、微型光谱仪、主控电路板、图像及光谱数据分析模块、外接电源线，光源、微型高清摄像机、微型光谱仪分别安装在主控电路板上，主控电路板用于对光源、微型高清摄像机和微型光谱仪进行光源开关、拍照及光谱采集进行指令控制，主控电路板通过外接电源线与洗衣机或干洗机的主控系统以及供电系统相连接，洗衣机、干洗机的主控系统内部或者主控电路板上设置有针对衣服材质选择洗涤程序模块，主机外壳安装在洗衣机或干洗衣内部；
光源的波长范围在350-2500nm，提供近紫外到近红外的光源照明；
微型高清摄像机用于对待洗衣服进行拍照，采集待洗衣服图片信息；
微型光谱仪用于采集经过光源照射后待洗衣服的光谱信息；
图像及光谱数据分析模块内包含有衣服材质相关图像及光谱数据模块和匹配识别模块，衣服材质相关图像及光谱数据模块用于储存已知衣服材质的相关图像和已知衣服材质的光谱数据，匹配识别模块用于对微型高清摄像机、微型光谱仪所拍摄图像及光谱进行处理分析，并与衣服材质相关图像及光谱数据模块内的数据相匹配，得出有关衣服材质的信息并传递给主控电路板。
作为优选，光源安装于主机外壳内部，光源与主机外壳连接处安装有密封圈进行防水处理；光源安装于主控电路板上，由主控电路板连接洗衣机或干洗机的供电系统。
作为优选，微型高清摄像机安装于主机外壳内部，微型高清摄像机的镜头与主机外壳连接处用密封圈进行防水处理；微型高清摄像机安装于主控电路板上，由主控电路板连接洗衣机或干洗机供电系统进行供电。
作为优选，微型光谱仪安装于主机外壳内部，微型光谱仪的探测头与主机外壳相连接，其连接处用密封圈密封用于防水处理；微型光谱仪安装于主控电路板上，由主控电路板连接洗衣机或干洗机供电系统进行供电。
作为优选，主控电路板上安装光源、微型高清摄像机、微型光谱仪和图像及光谱数据分析模块，对微型高清摄像机、微型光谱仪进行开关控制及影像、光谱采集指令，主控电路板利用外接电源线与洗衣机或干洗机供电系统相连对本装置进行供电。
作为优选，外接电源线连接主控电路板对装置进行供电，同时将图像及光谱数据分析模块所得的衣服材质分析结果传递给洗衣机或干洗机，选择最佳洗涤程序，同时，接收洗衣机或干洗机发出的检测指令，以启动装置进行衣服材质识别。
作为优选，微型光谱仪为基于光谱调制法的光谱芯片，光谱芯片包括：光学聚集镜器件、光谱调制模组、探测器、光谱解调模组、光谱显示控制模组、光谱分析模组和分析结果显示模组；
其中，光学聚集镜器件用于接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；
其中，光谱调制模组包括：光谱材料模块，光谱材料模块用于调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；
其中，探测器用于探测光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；
其中，光谱解调模组包括光谱强度及位置采集模块和光谱信息解调模块，光谱强度及位置采集模块用于获取探测器探测到的光谱信息，光谱信息解调模块用于反演待测物光谱信息；
其中，光谱显示控制模组包括光谱芯片系统控制模块、光谱数据显示模块、光谱数据存储模块，光谱芯片系统控制模块用于控制整个系统开关及工作参数，光谱数据显示模块用于实时显示探测光谱曲线，光谱数据存储模块用于存储探测到的光谱信息原始数据；
其中，光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光谱数据，光谱数据处理算法包括：
其中，分析结果显示模组，包括数据显示模块和数据结果存储模块，数据显示模块用于显示光谱分析模组的结果显示，数据结果存储模块用于显示光谱分析模组的信息存储。
作为优选，探测器选用qhyccdd的一款qhy5-ii型号，采用qhy5-ii相机1/2英寸黑白版传感器。
本发明的另一个目的是提供一种基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法，包括以下步骤：
步骤s1：将基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别装置放于洗衣机或干洗机内部，通过电源线与洗衣机或干洗机控制系统相连接。使装置光源能照到洗衣机或干洗机内部洗衣区域，同时摄像机镜头和光谱仪探头对准该区域，以便进行拍照及光谱采集；
步骤s2：将衣服放于洗衣机或干洗机内，关闭机盖，启动机器开始键，洗衣机或干洗机向基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别装置的主控电路板发出检测指令；
步骤s3：主控电路板接受到检测指令后，首先启动光源，光源发出近紫外到近红外光照到衣服上，衣服接受到光源照射，入射光在衣料表面形成漫反射；之后启动微型高清摄像机对衣服进行拍照；同时启动微型光谱仪，采集衣服对光源散射光谱，照片图像与光谱数据被采集后，进入图像与光谱数据分析模块，图像及光谱数据分析模块的衣服材质相关图像及光谱数据模块将储存的已知衣服材质的相关图像和储存的已知衣服材质光谱数据，通过匹配识别模块对微型高清摄像机、微型光谱仪所拍摄图像及光谱进行处理分析，并与衣服材质相关图像及光谱数据模块内的数据相匹配，迅速识别衣服材质；
步骤s4：衣服材质识别成功后，主控电路板将结果通过数据线传输给洗衣机或干洗机控制系统，选择相应的洗涤模式，进行衣物清洗。
本发明的优点及积极效果是：
1、本发明的基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质快速无损识别方法及装置，该装置为独立模块，可安装于洗衣机及干洗机上，进行衣服材质的识别，并根据材质的不同选择不同的洗涤模式。该装置包装主机箱，主机箱安装有光源，微型高清摄像机，微型光谱仪，主控电路板，图像及光谱数据分析模块，外接电源线。本发明将图像识别与光谱检测分析技术相结合，应用于衣服材质的快速检测与分析，具有检测速度快、分类准确、对样品无损伤，可实现衣服材质的分类，可方便安装于洗衣机和干洗机内部，对衣服材质进行自动识别，并自动选择相应的洗涤程序，使用户操作更加便捷。
2、本发明的光谱芯片，利用光谱调制元件，硅基探测器作为光子探测装置，最终所构成的系统可实现光谱的在线检测。由于光谱调制芯片厚度仅为微米量级，其大小可依照需求探测器调整，解决了传统光谱仪重量和体积大、测试操作不灵活、造价高等缺点。另外一种基于光谱调制的光谱芯片的光谱探测范围可覆盖紫外、可见到近红外波段，检测范围广泛。
3、本发明的光谱芯片具有能量利用率高、光谱范围广、体积小、具有较高光谱分辨率的同时具有空间分辨率，重量轻、结构简单、操作便捷、检测速度快，通过解调待测物质光谱信息获取了物质的化学组成成分，为人们选择日常生活用品以及食品安全等方面提供科学、有力的技术支持。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的整体结构示意图。
图2为根据本发明实施例的衣服材质识别方法流程图。
图3为根据本发明实施例的羊绒、獭兔毛、丝绸样品图片。
图4为根据本发明实施例的羊绒、獭兔毛、丝绸样品光谱图。
图5为根据本发明实施例的成像光谱芯片原理图。
其中的附图标记包括：主机1、光源2、微型高清摄像机3、微型光谱仪4、主控电路板5、图像及光谱数据分析模块6、外接电源线7、第一密封圈8、镜头9、第二密封圈10、探测头11、第三密封圈12。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
参阅图1-5，本发明的基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法及装置包括：主机1、安装在主机1的外壳内部的光源2、微型高清摄像机3、微型光谱仪4、主控电路板5、图像及光谱数据分析模块6、外接电源线7，光源2、微型高清摄像机3、微型光谱仪4分别安装在主控电路板5上，主控电路板5用于对光源2、微型高清摄像机3和微型光谱仪4进行光源开关、拍照及光谱采集进行指令控制，主控电路板5通过外接电源线7与洗衣机或干洗机的主控系统以及供电系统相连接，主控电路板5上设置有针对衣服材质选择洗涤程序模块，主机1外壳安装在洗衣机或干洗衣内部；
光源2的波长范围在350-2500nm，提供近紫外到近红外的光源照明；
微型高清摄像机3用于对待洗衣服进行拍照，采集待洗衣服图片信息；
微型光谱仪4用于采集经过光源2照射后待洗衣服的光谱信息；
图像及光谱数据分析模块6内包含有衣服材质相关图像及光谱数据模块和匹配识别模块，衣服材质相关图像及光谱数据模块用于储存已知衣服材质的相关图像和已知衣服材质的光谱数据，匹配识别模块用于对微型高清摄像机3、微型光谱仪4所拍摄图像及光谱进行处理分析，并与衣服材质相关图像及光谱数据模块内的数据相匹配，得出有关衣服材质的信息并传递给主控电路板5。
参阅图1，本发明的光源2安装于主机1外壳内部，光源2与主机1外壳连接处安装有第一密封圈8进行防水处理；光源2安装于主控电路板5上，由主控电路板5连接洗衣机或干洗机的供电系统。微型高清摄像机3安装于主机1外壳内部，微型高清摄像机3的镜头9与主机1外壳连接处用第二密封圈10进行防水处理；微型高清摄像机3安装于主控电路板5上，由主控电路板5连接洗衣机或干洗机供电系统进行供电，微型光谱仪4安装于主机1外壳内部，微型光谱仪4的探测头11与主机1外壳相连接，其连接处用第三密封圈12密封用于防水处理；微型光谱仪4安装于主控电路板5上，由主控电路板5连接洗衣机或干洗机供电系统进行供电，主控电路板5上安装光源2、微型高清摄像机3、微型光谱仪4和图像及光谱数据分析模块6，对微型高清摄像机3、微型光谱仪4进行开关控制及影像、光谱采集指令，主控电路板5利用外接电源线7与洗衣机或干洗机供电系统相连对本装置进行供电，外接电源线7连接主控电路板5对装置进行供电，同时将图像及光谱数据分析模块6所得的衣服材质分析结果传递给洗衣机或干洗机，选择最佳洗涤程序，同时，接收洗衣机或干洗机发出的检测指令，以启动装置进行衣服材质识别。
参阅图5，本实施例中的微型光谱仪4为基于光谱调制法的光谱芯片，光谱芯片包括：光学聚集镜器件、光谱调制模组、探测器、光谱解调模组、光谱显示控制模组、光谱分析模组和分析结果显示模组；
其中，光学聚集镜器件用于接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；
其中，光谱调制模组包括：光谱材料模块，光谱材料模块用于调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；
其中，探测器用于探测光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；
其中，光谱解调模组包括光谱强度及位置采集模块和光谱信息解调模块，光谱强度及位置采集模块用于获取探测器探测到的光谱信息，光谱信息解调模块用于反演待测物光谱信息；
其中，光谱显示控制模组包括光谱芯片系统控制模块、光谱数据显示模块、光谱数据存储模块，光谱芯片系统控制模块用于控制整个系统开关及工作参数，光谱数据显示模块用于实时显示探测光谱曲线，光谱数据存储模块用于存储探测到的光谱信息原始数据；
其中，光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光谱数据，光谱数据处理算法包括：
其中，分析结果显示模组，包括数据显示模块和数据结果存储模块，数据显示模块用于显示光谱分析模组的结果显示，数据结果存储模块用于显示光谱分析模组的信息存储，探测器选用qhyccdd的一款qhy5-ii型号，采用qhy5-ii相机1/2英寸黑白版传感器。
参阅图3，一种基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别方法，包括以下步骤：
步骤s1：将基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别装置放于洗衣机或干洗机内部，通过外接电源线7与洗衣机或干洗机控制系统相连接。使装置光源2能照到洗衣机或干洗机内部洗衣区域，同时微型高清摄像机3镜头和微型光谱仪4探头对准该区域，以便进行拍照及光谱采集；
步骤s2：将衣服放于洗衣机或干洗机内，关闭机盖，启动机器开始键，洗衣机或干洗机向基于图像识别技术及光谱技术的衣服材质识别装置的主控电路板5发出检测指令；
步骤s3：主控电路板5接受到检测指令后，首先启动光源2，光源2发出近紫外到近红外光照到衣服上，衣服接受到光源照射，入射光在衣料表面形成漫反射；之后启动微型高清摄像机3对衣服进行拍照(参阅图3)；同时启动微型光谱仪4，采集衣服对光源散射光谱(参阅图4)，照片图像与光谱数据被采集后，进入图像与光谱数据分析模块6，图像及光谱数据分析模块6的衣服材质相关图像及光谱数据模块将储存的已知衣服材质的相关图像和储存的已知衣服材质光谱数据，通过匹配识别模块对微型高清摄像机3、微型光谱仪4所拍摄图像及光谱进行处理分析，并与衣服材质相关图像及光谱数据模块内的数据相匹配，迅速识别衣服材质；
步骤s4：衣服材质识别成功后，主控电路板5将结果通过数据线传输给洗衣机或干洗机控制系统，选择相应的洗涤模式，进行衣物清洗。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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