一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法及应用与流程

1.本发明属于空间体容积测量技术领域，具体地说，涉及一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法及应用。


背景技术：

2.随着人们生活水平提高，咖啡逐渐与茶饮一样，进入人们日常生活中。传统咖啡机制作咖啡时，需要适配的咖啡杯与咖啡机匹配，以免咖啡溢出。
3.已经有一些现有技术考虑到这个问题，例如授权公告号为cn2600019y的中国实用新型专利，其公开了一种咖啡机，其增加了加热器温度检测、上盖异常检测以及延时功能等，这样，初步实现了操作人员不在现场也能制作咖啡，极大地提高咖啡机的使用便利程度，但是其仍然存在技术和操作上的缺陷，如咖啡杯没有放置好或者说咖啡杯不在要求的位置上，上述技术方案的咖啡机仍可按时制作咖啡，即可以随时启动工作，这样将会造成咖啡溢出到桌面，既造成浪费也污染了环境。
4.还有cn205144338u，也提供了一种具有咖啡杯检测功能的咖啡机，该实用新型所述上主体内设有微动开关，所述微动开关与控制控制电路板电连接，所述微动开关与漏斗之间设有触发机构，所述漏斗的底部设有出料口。本实用新型在所述微动开关与漏斗之间设有触发机构，如漏斗下方放置有咖啡杯，并且位置放好，其将顶着漏斗向上移动一定距离，漏斗通过触发机构触发微动开关，指令控制控制电路板开启工作；如漏斗下方未置有咖啡杯，漏斗无法通过触发机构触发微动开关，咖啡机不工作。这样设置，极大地提高了产品的性能，确保无咖啡杯下不工作。
5.但是，为环保和经济起见，越来越多的消费者热衷于自带咖啡杯的消费方式，那么用户通常也不清楚自己所带咖啡杯的容积，那么就可能带来一些问题，例如：自带咖啡杯的容积不够大，可能咖啡机标准杯会造成溢出；也可能咖啡或者果汁装载过满，不方便携带；此外，如果客户想自定义饮用咖啡的体积，比如，目前的现有技术无法支持，一定会造成浪费。
6.也就是说，这些现有技术只能用于确定咖啡机下面是否已经放置了咖啡杯，而无法判断咖啡杯的容量是否匹配该咖啡机的每次咖啡液出量，更无法根据客户需求自由灵活地设置一杯咖啡液的多少。


技术实现要素：

7.1、要解决的问题
8.针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法及应用，为自带杯全自助购买饮料的实现提供了一种可行的理论和技术保证，支持用户通过手机app端或小程序执行整个操作流程，可根据饮用杯的检测容量实现饮料体积的自由设置。
9.2、技术方案
10.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
11.一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法，包括以下步骤：
12.(1)预处理：准备待进行容量检测的饮用杯；
13.(2)容量扫描处理：选择容量测量器，扫描步骤(1)中饮用杯的内部轮廓，得到饮用杯的内部轮廓数据；
14.(3)容量计算处理：选择步骤(2)得到的饮用杯的内部轮廓数据，采用优化算法进行容量的计算；
15.(4)确定饮用杯的具体容量数值，并反馈给处理中心。
16.上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法中，
17.步骤(1)中饮用杯包括咖啡杯和果汁杯；
18.步骤(2)中容量测量器为三维激光扫描仪。
19.上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法中，
20.步骤(3)中优化算法如下：
21.首先进行内部轮廓数据的去杂、组合配准及空间置平，其中去杂的算法如下：
[0022][0023]
式中，
[0024]
λ＝10，ω
j
表示异常点数据权重因子，p
j
(j≤5)表示异常点数据的近似熵，p
j
(6≤j≤8)表示异常点数据的平滑滤波信息，p
j
(9≤j≤10)表示相邻异常点数据之间的距离，f
i
表示第i种异常点数据出现的次数；
[0025]
其中组合配准的算法如下：
[0026][0027]
式中，
[0028]
其中s
i
为计算得到的配准度，a
i
为将上述权重通过softmax函数操作而得到的归一化的结果；
[0029]
其中空间置平的算法如下；
[0030]
p＝softmax[relu(kh+b)]
[0031][0032]
式中，
[0033]
其中采用relu作为激活函数，概率分布p为不同角度之间接触值，k和b分别为空间全连接层的权重和偏置的大小，z为归一化系数；
[0034]
最后进行空间三角网格建模，获取重建的饮用杯的内部轮廓的体积参数。
[0035]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法中，
[0036]
其中空间三角网格建模的算法如下：
[0037][0038][0039]
式中，
[0040]
e为能量函数，p为概率分布函数，v
i
，h
i
分别是可视层和隐层节点的状态，a
i
，b
i
表示对应的偏置，w
ij
表示节点之间的连接权重，θ＝{w,a,b}是网络的权值。
[0041]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法中，
[0042]
其中概率分布函数p的边缘概率和条件概率如下：
[0043][0044]
一种如上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的应用，包括如下步骤：
[0045]
(1)选择选择容量测量器对放入饮用机制定位置的饮用杯进行容积探测；
[0046]
(2)确定被选择的饮料制作类型；
[0047]
(3)确定被选择饮用杯的饮料体积或饮料体积占整个饮用杯容积的百分比；
[0048]
(4)执行饮料制作的操作。
[0049]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的应用中，
[0050]
步骤(1)中所述的容量测量器设置在饮用机的集液托盘上；
[0051]
步骤(1)中所述的容量测量器为三维激光扫描仪；
[0052]
步骤(1)中采用容量测量器的传感器扫描饮用杯的内部轮廓，接着通过移动饮用杯或容量测量器的传感器主动自动扫描的方式，并通过软件处理将扫描后的数据组合成饮用杯的三维立体图像，得到饮用杯的容量参数。
[0053]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的应用中，
[0054]
步骤(2)中饮料为咖啡；
[0055]
步骤(2)中咖啡制作类型包括美式、拿铁、卡布奇诺、白咖啡、玛奇朵；
[0056]
步骤(2)中咖啡制作的指定程序由操作员根据客户需求手动设置、客户操作app端进行选择或者客户操作小程序进行选择。
[0057]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的应用中，
[0058]
步骤(3)中饮料体积占整个饮用杯容积的百分比为操作员根据客户需求手动设置、客户操作app端进行选择或者客户操作小程序进行选择。
[0059]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的应用中，
[0060]
在步骤(3)与步骤(4)之间设置收款操作。
[0061]
3、有益效果
[0062]
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0063]
首先，建立三维体积测量的方法，通过容量测量器扫描饮用杯的内部轮廓，并配合三大优化算法，精确得到饮用杯的容量；然后，通过实际应用，满足用户自带杯具情形时可全自助购买所需的适量的咖啡或者果汁；最后，用户可自主选择操作员执行、自己的app端或小程序执行整个购买流程。为自带杯全自助购买饮料的实现提供了一种可行的理论和技术保证，支持用户通过手机app端或小程序执行整个操作流程，可根据饮用杯的检测容量实现饮料体积的自由设置。
附图说明
[0064]
图1为本发明实施例的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的步骤流程图；
[0065]
图2为本发明实施例的一种基于上述饮用杯容量检测的应用方法的步骤流程图；
[0066]
图3为本发明中实施例的空间三角网格建模的分析图。
具体实施方式
[0067]
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
[0068]
需要提醒的是，采用jackkniffe方法对本申请的饮用杯容量检测方法进行检验，具体包括数据集的构建等，例如将数据集进行等分成10份(可选择10个不同的饮用杯)，轮流以其中1份作为测试集，其余9份作为训练集。具体来说可参考如下的经典文献(chou k c.prediction of protein subcellular locations by incorporating quasi
‑
sequence
‑
order effect.[j].biochem biophys res commun,2000,278(2):477
‑
483.)进行。
[0069]
实施例1
[0070]
图1为本发明的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法的步骤流程图。
[0071]
本实施例的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法，包括以下步骤：
[0072]
(1)预处理：准备待进行容量检测的饮用杯。
[0073]
步骤(1)中饮用杯包括咖啡杯和果汁杯。用户可以为果汁饮品准备玻璃杯，为咖啡准备马克杯，保温杯等等，各种造型的杯子，环保又卫生。
[0074]
(2)容量扫描处理：选择容量测量器，扫描步骤(1)中饮用杯的内部轮廓，得到饮用杯的内部轮廓数据；
[0075]
步骤(2)中容量测量器为三维激光扫描仪。可选的，其中容量测量器为zlds200三维激光传感器。
[0076]
(3)容量计算处理：选择步骤(2)得到的饮用杯的内部轮廓数据，采用优化算法进行容量的计算。
[0077]
步骤(3)中优化算法如下：
[0078]
首先，进行内部轮廓数据的去杂、组合配准及空间置平，其中去杂的算法如下：
[0079][0080]
式中，
[0081]
λ＝10，ω
j
表示异常点数据权重因子，p
j
(j≤5)表示异常点数据的近似熵，p
j
(6≤j≤8)表示异常点数据的平滑滤波信息，p
j
(9≤j≤10)表示相邻异常点数据之间的距离，f
i
表示第i种异常点数据出现的次数；
[0082]
其中，组合配准的算法如下：
[0083][0084]
式中，
[0085]
其中，s
i
为计算得到的配准度，a
i
为将上述权重通过softmax函数操作而得到的归一化的结果；
[0086]
其中，空间置平的算法如下；
[0087]
p＝softmax[relu(kh+b)]
[0088][0089]
式中，
[0090]
其中，采用relu作为激活函数，概率分布p为不同角度之间接触值，k和b分别为空间全连接层的权重和偏置的大小，z为归一化系数；
[0091]
最后，进行空间三角网格建模，获取重建的饮用杯的内部轮廓的体积参数。
[0092]
上述所述的基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法中，其中空间三角网格建模的算法如下：
[0093][0094][0095]
式中，结合图3所示，
[0096]
e为能量函数，p为概率分布函数，v
i
，h
i
分别是可视层和隐层节点的状态，a
i
，b
i
表示对应的偏置，w
ij
表示节点之间的连接权重，θ＝{w,a,b}是网络的权值。
[0097]
其中，概率分布函数p的边缘概率和条件概率如下：
[0098][0099]
(4)确定饮用杯的具体容量数值，并反馈给处理中心。
[0100]
根据上述基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法，系统为任何客户自带的饮料杯测量可用体积，便于客户选择适量的饮料以及系统计算价格。
[0101]
在本实施例中，还可以提供一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测装置，包括：
[0102]
预处理模块，用于准备待进行容量检测的饮用杯；
[0103]
容量扫描处理模块，用于选择容量测量器，扫描预处理模块中饮用杯的内部轮廓，得到饮用杯的内部轮廓数据；
[0104]
容量计算处理：选择步骤容量扫描处理模块得到的饮用杯的内部轮廓数据，采用优化算法进行容量的计算；
[0105]
容量确定模块，确定饮用杯的具体容量数值，并反馈给处理中心。
[0106]
以上饮用杯容量检测装置的各个模块的具体实施方式与上述基于三维体积测量的饮用杯容量检测方法类似，不再一一赘述。
[0107]
实施例2
[0108]
图2为本发明实施例的一种基于上述饮用杯容量检测的应用方法的步骤流程图。
[0109]
本发明还提供一种基于上述饮用杯容量检测的应用方法，包括如下步骤：
[0110]
(1)选择容量测量器对放入饮用机制定位置的饮用杯进行容积探测。
[0111]
可选的，步骤(1)中所述的容量测量器设置在饮用机的集液托盘上，此外，容量测量器可脱离饮用机本体。
[0112]
可选的，步骤(1)中所述的容量测量器为三维激光扫描仪。
[0113]
可选的，步骤(1)中采用容量测量器的传感器扫描饮用杯的内部轮廓，接着通过移动饮用杯或容量测量器的传感器主动自动扫描的方式，并通过软件处理将扫描后的数据组合成饮用杯的三维立体图像，得到饮用杯的容量参数。
[0114]
例如，用户a将自带的果汁杯放入指定位置，进行容积探测，果汁机根据测量得到杯子容积为450ml。用户b将自带的马克杯放入指定位置，进行容积探测，咖啡机根据测量得到杯子容积为360ml。
[0115]
(2)确定被选择的饮料制作类型。
[0116]
可选的，步骤(2)中饮料为咖啡。
[0117]
可选的，步骤(2)中咖啡制作类型包括美式、拿铁、卡布奇诺、白咖啡、玛奇朵；
[0118]
步骤(2)中咖啡制作的指定程序由操作员根据客户需求手动设置、客户操作app端进行选择或者客户操作小程序进行选择。
[0119]
例如，用户b选择卡布奇诺(热)咖啡。
[0120]
可选的，步骤(2)中饮料为果汁。
[0121]
例如，客户a选择西瓜汁。
[0122]
(3)确定被选择饮用杯的饮料体积或饮料体积占整个饮用杯容积的百分比。
[0123]
步骤(3)中饮料体积占整个饮用杯容积的百分比为操作员根据客户需求手动设置、客户操作app端进行选择或者客户操作小程序进行选择。
[0124]
例如，用户a选择，450ml西瓜汁，如果，某果汁机默认常温和凉饮不得超过杯体的90％为安全阈值，那么300ml为安全体积(不超过450ml自带的杯子容积的90％)；该操作的确认，一方面可以控制果汁的体积在容器的安全范围内，便于携带；另一方面，可选的，便于客户跟进容积控制饮料最后价格。
[0125]
又例如，某咖啡机默认热饮不得超过杯体的85％为安全阈值，用户b带了360ml的杯子，选择卡布奇诺(热)，且体积为320ml。则根据系统计算，超出了携带的安全阈值，出现提示“超出您的杯子安全携带容积”，建议客户改为300ml，“建议您选择300ml的安全容量”。
[0126]
再例如，用户带了500ml的杯子，选择西瓜汁，且体积为450ml，则根据系统计算，符合携带的安全阈值，则设置通过，出现表示“通过”的提示符，如“收到订单”，或者“好呀”等。
[0127]
以上安全阈值，可以根据饮料产品情况进行调整设置。
[0128]
(4)执行饮料制作的操作。
[0129]
饮料机按照步骤(3)的设置，开启饮料制作程序。
[0130]
如在上面的例子中，
[0131]
可选的，在步骤(3)与步骤(4)之间设置收款步骤，收款价格可根据确定的饮料体积进行核算。
[0132]
在本实施例中，还提供一种基于三维体积测量的饮用杯容量检测的应用系统，包括：
[0133]
容积探测单元，用于选择选择容量测量器对放入饮用机制定位置的饮用杯进行容积探测；
[0134]
饮料类型确定单元，用于确定被选择的饮料制作类型；
[0135]
饮料体积确定单元，确定被选择饮用杯的饮料体积或饮料体积占整个饮用杯容积的百分比；
[0136]
饮料制作单元，用于执行饮料制作的操作。
[0137]
以上应用系统的各个单元的具体实施方式与上述基于三维体积测量的饮用杯容量检测的应用方法类似，不再一一赘述。
[0138]
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的“单元”或“模块”的划分，仅仅为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个“单元”或“模块”可以结合或者可以集成为一个“单元”或“模块”实现相应的功能。或者一个“单元”或“模块”分解为多个共同实现相应的功能。本申请实施例中的“单元”或“模块”可以是能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是fpga(field－programmable gatearray，现场可编程门阵列)、ic(integrated circuit，集成电路)等，此处不再一一赘述。
[0139]
本发明的第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有
计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一实施例方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、dvd、cd
‑
rom、微型驱动器以及磁光盘、rom、ram、eprom、eeprom、dram、vram、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米装置(包括分子存储器ic)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
[0140]
第四方面，本申请实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一实施例方法的步骤。
[0141]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。