一种智能垃圾前端分类系统和方法

本发明涉及垃圾的分类处理领域，特别涉及一种智能垃圾前端分类系统和方法。

背景技术：

出于环境保护和资源回收的需要，国家提出了严格的垃圾分类管理要求，现行垃圾分类规范是将垃圾分为四种类别：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。人工垃圾分类受到知识结构的局限性导致误差率高；机械式或电子感应垃圾分类，主要是利用材料物性或基本形状、颜色进行垃圾分类，仅适用于金属垃圾和建筑垃圾等特定工业领域，可扩展性差。由于，垃圾前端分类主要是处理日常生活垃圾，没有比较固定的形状和物性，且种类繁多、背景复杂，所以采用传统方法难以有效地分类。同时，现有的垃圾前端分类系统主要是由远程服务器端或工作站控制，而垃圾前端分类的应用场合比较分散、实时性强，导致现有的垃圾前端分类系统无法独立、快速、精确地响应垃圾分类工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决技术背景中当前存在的技术问题，实现可以独立分布式运行、自动识别、自动分类投放、宣传引导的智能垃圾前端分类系统和方法。

上述技术目的，本发明通过以下技术方法实现：一种智能垃圾前端分类系统，包括：垃圾图像识别系统，垃圾自动分类投放系统，垃圾信息处理系统。

所述垃圾图像识别系统，是一种嵌入式图像识别系统，部署在垃圾前端分类装置上，用于对垃圾进行图像采集和识别。所述垃圾的图像采集，通过摄像头进行视觉采集，获取垃圾的图像。所述垃圾的图像识别，通过加载预训练模型的数据，与采集图像进行比较，识别出垃圾的具体品名或所属种类。

所述垃圾自动分类投放系统，垃圾放入置物装置，投放机构根据所述图像识别系统识别出垃圾的具体品名或所属种类，将垃圾自动投放到垃圾对应的分类垃圾箱。

所述垃圾信息处理系统，是一种信息数据的采集和反馈系统。所述垃圾信息处理系统检测垃圾分类工作状况并实时反馈信息，对投放垃圾对应的种类、数量采集和反馈，所述分类垃圾箱的满载检测和信息反馈，垃圾分类宣传片的循环播放。

一种智能垃圾前端分类方法，基于所述智能垃圾前端分类系统，包括：垃圾图像识别系统，垃圾自动分类投放系统，垃圾信息处理系统，所述方法包括以下步骤。

启动所述智能垃圾前端分类系统，开始系统运行计时，所述摄像头进行视觉采集，所述视觉采集的视频获取一帧图像进行预处理和解码，所述图像进行初始标定，加载所述预训练模型。

在待机过程中，所述垃圾信息处理系统的显示屏循环播放垃圾分类宣传片，宣传垃圾分类知识及所述智能垃圾前端分类系统的使用方法。

在待机过程中，所述摄像头进行视觉采集，进行物体检测。获取一帧图像进行解码，与所述初始标定进行对比，用于判断是否有垃圾放入。

当有垃圾放入所述置物装置，所述垃圾图像识别系统获取一帧图像进行预处理和解码，与所述初始标定图像进行对比，判断所述置物装置有垃圾放置。进一步提取高阶抽象特征与所述预训练模型的数据进行检测识别，获取所有标签值的可能性概率值，所述概率值最大或所述概率值超过阀值，则将所述概率值对应的所述标签值赋值给所述垃圾，所述垃圾标记对应的具体垃圾品名信息。根据所述具体垃圾品名信息进行分类，获得所述垃圾的类别。所述垃圾的类别为四种，可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾。

根据所述垃圾的类别，所述投放机构将所述垃圾自动投放到所述垃圾类别对应的分类垃圾箱，所述分类垃圾箱包括有害垃圾箱、可回收垃圾箱、厨余垃圾箱、其他垃圾箱。

所述投放机构工作过程中，所述垃圾信息处理系统对所述垃圾投放计数，更新所述对应垃圾箱的垃圾数量信息。

所述投放机构工作过程中，所述垃圾信息处理系统对所述垃圾箱进行满载检测，获取所述垃圾箱的满载信息。

所述满载检测，以所述垃圾箱的容量上限为准，所述垃圾箱的容量上限测量是以所述垃圾箱的垃圾高度位置为准，测量所述垃圾高度位置，并反馈所述垃圾箱的满载信息。

所述垃圾识别和垃圾自动投放过程中，所述显示屏停止循环播放垃圾分类宣传片，实时显示所述摄像头视觉采集的视频，实时显示所述垃圾自动识别和自动分类投放的过程，实时显示所述具体垃圾品名信息，实时显示所述垃圾的类别信息，实时显示所述垃圾投放计数，实时显示所述垃圾数量信息，实时显示所述垃圾箱的满载信息。

所述垃圾箱满载，所述垃圾信息处理系统通过网络向远程服务器端发送信息，清理所述分类垃圾箱。

所述网络处于非工作时段，所述智能垃圾前端分类系统通过网络联接远程服务器端更新升级，实现垃圾识别种类的更新和数量的扩充。

本发明与现有技术比较具有以下有益效果：智能垃圾前端分类系统部署在垃圾前端分类处理装置，可不依赖远程服务器或工作站独立运行，实时性强、分类精度高、稳定性高。以图像识别方式进行垃圾分类，不受垃圾的品种、材质、形态的局限，适用于日常生活垃圾的多样性和复杂性。通过垃圾图像识别系统自动进行垃圾分类，赋值垃圾具体品名信息，赋值垃圾类别信息。预训练模型可以通过网络下载更新，部署到垃圾前端分类处理装置，有益于垃圾识别的扩展性和垃圾识别精度提高。垃圾自动分类投放系统自动投放垃圾到对应的分类垃圾箱。垃圾信息处理系统，可以进行垃圾投放计数，可以进行垃圾箱满载检测，满载可以通过网络发送信息给远程服务器端，有益于垃圾箱的清理效率和成本管理。垃圾信息处理系统，无垃圾投放时进行播放垃圾分类宣传片，有垃圾投放时进行实时反馈垃圾的具体品名信息和垃圾的类别信息，有益于用户垃圾分类意识的引导和增强。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面对实施方式或现有技术描述中所需要的附图作简单介绍，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明智能垃圾前端分类系统的框架示意图。

图2是本发明垃圾图像识别系统的框架示意图。

图3是本发明垃圾自动分类投放系统的框架示意图。

图4是本发明垃圾信息处理系统的框架示意图。

图5是本发明的垃圾图像识别流程示意图。

图6是本发明的垃圾自动分类投放流程示意图。

图7是本发明的垃圾信息处理流程示意图。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。

一种智能垃圾前端分类系统，包括：垃圾图像识别系统1，垃圾自动分类投放系统2，垃圾信息处理系统3。

所述垃圾图像识别系统1，包括图像采集模块11、图像特征处理模块12和图像识别模块13。

所述图像识别模块13包括图像特征识别对比单元131、预训练模型加载单元132。

所述垃圾自动分类投放系统2，包括投放机构21、置物装置22、分类垃圾箱23。

所述分类垃圾箱23，包括可回收垃圾箱231、厨余垃圾箱232、有害垃圾箱233和其他垃圾箱234。

所述垃圾信息处理系统3，包括垃圾计数模块31、满载检测模块32、垃圾信息记录模块33、信息显示模块34、信息语音模块35、通信传输模块36。

所述图像采集模块11包括摄像头111、补光装置112、遮光板或遮光盖113，所述摄像头111用于摄入实时图像，所述补光装置112和所述遮光板或遮光盖113用于减小外界强环境光的影响和消除阴影。

所述投放机构21包括底层电机或舵机211、上层电机或舵机212，通过所述底层电机或舵机211与所述上层电机或舵机212的联合运动，改变所述置物装置22角度，或/和改变所述分类垃圾箱23相位，分类投放垃圾。

所述上层电机或舵机212执行既定动作，则所述投放机构21触发计数信号，所述垃圾计数模块31记录垃圾投放次数，发送信息给所述信息显示模块34。

所述满载检测模块32，通过传感器321测量垃圾满载状况，测量值达到预设阈值后，所述满载检测模块32记录，并发出满载信号给所述信息显示模块34、所述信息语音模块35、所述通信传输模块36。

所述传感器321是激光测距传感器或红外线测距传感器或超声波测距传感器，通过发射和反馈激光或红外光或声波进行距离测量。所述传感器321，选优激光测距传感器。

所述传感器321对所述分类垃圾箱24的满载检测，通过所述传感器321测量所述分类垃圾箱24的容积物高度实现，容积物的一定高度作为满载检测的阀值，高度阀值是所述分类垃圾箱24高度的75%到85%。

所述传感器321的布置方式是沿所述分类垃圾箱23内壁布置或垂直所述分类垃圾箱23底部布置。所述传感器321沿所述分类垃圾箱23内壁布置，所述传感器321布置高度在满载检测的高度阀值处，所述传感器321感应阀值在所述分类垃圾箱23内壁距离的50%±10%。所述传感器321垂直所述分类垃圾箱23底部布置，所述传感器321感应阀值设置在所述分类垃圾箱23的高度阀值处。

所述信息显示模块34包括显示屏341和工作状态提示灯342，所示显示屏341功能包括，显示系统工作状态、循环播放视频、实时显示投放过程、显示具体垃圾品名信息、显示垃圾种类信息、显示垃圾投放计数、显示垃圾分类箱的垃圾数量、满载信息。所示工作状态提示灯342，显示系统单元工作状态。

所述通信传输模块36，包括串口通信模块361和网络通信模块362，所述串口通信模块361实现所述图像采集模块11、所述图像特征处理模块12和所述图像识别模块13的通信，所述串口通信模块361实现所述图像识别模块13和所述投放机构21的通信，所述串口通信模块361实现所述投放机构21和所述垃圾计数模块31的通信，所述串口通信模块361实现所述垃圾计数模块31和所述信息显示模块34、所述信息语音模块35的通信，所述串口通信模块361实现所述传感器321和所述满载检测模块32的通信，所述串口通信模块361实现所述满载检测模块32和所述信息显示模块34、所述信息语音模块35、所述网络通信模块362。所述网络通信模块362实现网络联网，更新所述图像识别模块13的所述预训练模型加载单元132，发送所述满载检测模块32的满载报警信息。

基于上述系统，提出本发明垃圾分类方法实施例,所述智能垃圾前端分类方法包括：垃圾放入所述置物装后，所述垃圾图像识别系统识别有垃圾放入和垃圾类别，所述垃圾自动分类投放系统投放垃圾到所述分类垃圾箱；所述垃圾信息处理系统检测工作状况并实时反馈信息，联网更新系统功能。

系统识别垃圾放入和垃圾类别的方法具体如下。

步骤s11，所述图像采集模块11通过所述摄像头111，摄取第i帧图像作为参考标定图像。所述图像采集模块11将所述参考标定图像，传输给所述图像特征处理模块12提取关键特征值，进一步传输给所述图像识别模块13，作为参考标准值。

步骤s12，所述图像采集模块11持续通过所述摄像头111摄取图像，相较于第i帧参考标定图像，每间隔n帧图像采集一帧待识别图像，传输给所述图像特征处理模块12提取关键特征值，进一步传输给所述图像识别模块13，与参考标准值进行比较，差值超过设定阈值，则判定有垃圾放入。

步骤s13，所述置物装置22放入垃圾后，所述图像识别模块13判定有垃圾放入，发送信号给所述垃圾信息处理系统3和所述图像识别模块13。所述图像识别模块13将待识别图像特征进行底层特征到高层特征的抽象，所述图像特征识别对比单元131将其与所述预训练模型加载单元132加载的数据比对，得到待识别图像属于具体类别的概率值。

步骤s14，所述图像识别模块13取待识别图像概率值最高或超过一定的阀值，作为所投放垃圾的类别属性。所述图像识别模块13根据垃圾类别属性编码分类信息，经所述串口通信模块361，发送给所述投放机构21。

步骤s15，所述投放机构21完成执行动作后，所述投放机构21经所述串口通信模块361，反馈重置信号给所述垃圾图像识别系统1。所述图像采集模块11清零，所述图像特征处理模块12清零。所述图像采集模块11，摄取第i帧图像作为参考标定图像，后继步骤与s11-s14相同。

系统自动分类投放的方法具体如下。

步骤s21，所述投放机构21收到所述图像识别模块13的编码分类信息，驱动所述底层电机或舵机211和所述上层电机或舵机212联合运动。

步骤s22，所述底层电机或舵机211和所述上层电机或舵机212联合运动，使所述置物装置22角度改变，或/和使所述分类垃圾箱23相位改变，实现垃圾的分类投放。

步骤s23，完成垃圾的分类投放后，所述底层电机或舵机211和所述上层电机或舵机212联合运动，恢复所述置物装置22或/和所述分类垃圾箱23的初始状态。所述投放机构21反馈重置信号给所述垃圾图像识别系统1。

系统检测工作状况并实时反馈信息的方法具体如下。

步骤s31，垃圾信息处理系统3的所述信息显示模块34和所述信息语音模块35，循环播放垃圾分类方法和显示所述垃圾信息记录模块33的记录数据。

步骤s32，所述垃圾图像识别系统1判定有垃圾投入，所述信息显示模块34显示所述垃圾图像识别系统1采集的所述垃圾自动分类投放系统2实时工作图像。

步骤s33，所述投放机构21运转触发所述计数模块31，所述计数模块31记录垃圾投放次数，所述计数模块31发送信息给垃圾信息记录模块33更新记录数据，计数模块31发送投放计数信息给所述信息显示模块34。

步骤s34，所述信息显示模块34实时反映系统工作状态和信息。所述显示屏341实时显示所述投放机构21投放垃圾的工作过程和所述垃圾信息记录模块33存储的系统工作状态和信息。所述工作状态提示灯342显示所述垃圾信息记录模块33存储的系统工作状态。所述信息语音模块35播报垃圾所属种类。

步骤s35，垃圾的分类投放后，所述投放机构21反馈信号给垃圾信息处理系统3，所述垃圾信息处理系统3恢复到步骤s31。

步骤s36，所述投放机构21运转触发所述满载检测模块32。所述传感器321间隔一定时间周期测量感应点，检测是否达到测量阀值。

步骤s37，检测值超过测量阀值，所述满载检测模块32发送满载信息给所述垃圾信息记录模块33，所述垃圾信息记录模块33更新记录数据。

步骤s37，检测值超过测量阀值，所述通信传输模块36将所述垃圾信息记录模块33的满载信息，通过网络发送给服务器端。根据所述智能垃圾前端分类系统的编码和对应的物理地址，清理所述分类垃圾箱23，所述垃圾信息记录模块33的满载信息恢复初始状态。

系统联网更新系统功能的方法具体如下。

在所述智能垃圾前端分类系统的非工作时间，所述垃圾图像识别系统1，经所述通信传输模块36，通过网络与远程服务器端进行信息和数据交互。所述垃圾图像识别系统1，可以更换服务器训练的新网络模型，实现垃圾识别种类的更新和数量的扩充。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。