基于ARM开发板的“慧眼识书”系统

2018-09-25卢建华

教育教学论坛 2018年34期

卢建华

摘要：本文介绍了一种基于Android+ARM基本框架的图书馆智能眼系统的设计方法，通过设计该系统，能够提高学生综合运用多门专业课程知识，设计计算机应用系统的能力。

关键词：嵌入式系统；慧眼识书；图像识别；云计算

中图分类号：G250.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）34-0252-02

据调查，开放式图书馆有大量的书籍被放错了位置，在大學这种现象尤为严重，许多需要找书的人无法在正确的位置找到想要的书。而因为开放式图书馆图书的数量巨大，现有的使用人力检测的解决方法必将是一个耗时、耗力的操作；少量图书馆使用了RFID来进行书籍的检测，但是成本极高，而且RFID本身的识别密度也限制了其检测速度。

针对上述问题，笔者指导本科在校学生，以Android+ARM为基本平台，综合运用多种技术手段，设计了一套低成本、高精度的检测系统——图书馆智能眼Smart Eyes。通过该系统的设计，能让学生综合掌握嵌入式、图像识别、云计算以及Android等开发技术，最终实现图书位置的精确识别。Smart Eyes拍摄并识别出书籍的编号，判断出其具体的位置，筛选出放错位置的书籍，然后通过无线网络将识别出的数据发送到云端；云端经过处理后，将数据发送到Android客户端，由图书管理员来进行位置错误的书籍处理。这样，一个大型图书馆的图书整理工作只需要极少的员工，就能完成书籍的正确位置摆放。该系统极大地减轻了图书馆的图书整理工作，给大型图书馆的管理带来前所未有的便捷。

一、“慧眼识书”系统设计思路

1.模式识别。模式识别是该系统的基础，只有清晰地识别出相机拍摄的图片，准确获取图书的标签号码，才能解析出图书信息，进一步判断该图书应该放置的正确位置。首先经过灰度化处理，改进的双边滤波对每一幅图片进行预处理，基于遗传的BP神经网络提取到目标区域，然后通过OCR技术识别出图像文字。

2.ARM开发板。作为数据交换桥梁和控制中心，在得到图像数据后，通过无线网络，将图片数据发送至服务器，服务器上有开发好的图像识别程序，实时进行图像处理并比对数据库，找出放错位置的书籍，并将数据发送至微软云存储。

3.Windows Azure云存储。在云端建立SQL数据库，把服务器识别出来的位置错误的书籍信息存到数据库中，并利用windows azure的推送功能，把位置错误书籍的信息实时推送到客户端，客户端在归位位置错误的书籍之后，即可删除该书籍的信息，云端数据库也会同步删除，其他客户端也会收到该书籍已归位的信息。

二、“慧眼识书”系统的实现

1.技术路线。该系统的核心是采用高速嵌入式处理器，对设备进行智能化的控制，自动对图书信息进行采集，并可根据管理员的控制需要，实时地对采集位置进行调整。通过“通用嵌入式组件+面向应用的定制”方式，该系统能够实现低成本条件下的高效数据采集、初步处理和发送，并能够以实时的方式来进行调整和控制。随着图像识别技术的发展，目前图片上的文字内容能够被准确无误地识别出来，这就给文字提取、识别提供了方便。文字能够从图片上提取出来，很多人工智能判断就可以实施了，图书馆智能眼系统就是通过相机对书架上的图书进行拍照，利用改进的双边滤波，BP神经网络等算法对图书的标签区域进行定位，并识别出该图书的编号，获取该图书的正确位置信息。

云计算技术在近年来的发展可谓突飞猛进，云计算为人们的生活提供了方便，该系统通过微软云的通知中心提供推送功能，可以实时地把书架信息推送给每一个客户端，避免了单独与每一个客户端通信给服务器造成的过大压力，且避免了数据容易丢失的问题。通过云计算，将大量的数据集中在云端；对云端数据进行挖掘和分析，从而根据数据分布和可视化的大数据表达方式给图书管理提供必要的支撑。

基于移动计算技术的客户端实现。该系统的客户端可以是任何接入网络的设备，包括笔记本，平板电脑，甚至是手机。数据采集和识别都是自动完成，处理结果由云端推送到具体的设备上，实现同步。管理人员只要携带着这样一部设备，就可以查看到所有图书的位置，并根据推送的信息得到当前不在正确位置的图书信息，然后选择归位某本图书。图书归位完成后，原图书位置错误信息在随后的扫描中自动更正。同时，该操作也会在所有的设备中进行同步。

2.系统的实现方法。“慧眼识书”系统包括图像采集装置、数据传送装置、中央数据处理装置、数据分发装置、数据显示装置。

图像采集装置由悬挂导轨、步进电机、升降杆、摄像头、ARM开发板构成，通过ARM开发板控制步进电机，带动摄像头按预定的速率在悬挂导轨上移动，并拍摄图书照片。

如图1所示，主要机械装置包括侧向滑轨1、悬挂导轨2、滑块3、滑动头4和升降杆5。悬挂导轨2架设在两个侧向滑轨1之间，材质为不锈钢，根据图书馆书架的个数和长度具体情况，规格不同。滑块3内部两侧钢珠填充，可在侧向滑轨上滑动。升降杆5顶部装有滑动头4，可在悬挂导轨2上左右滑动，可采用铝合金或者塑料等材质，完全伸缩的长度由图书馆书架高度决定。升降杆5下端挂有相机。相机像素不小于500万，保证拍照的清晰度。

数据传送装置可以通过无线的方式将采集到的图像数据进行发送，目前大量的图书馆已架设内部WIFI网络，可以利用WIFI模块将数据发送到中央数据处理装置。

中央数据处理装置包括图像数据处理模块，图像采集装置采集到图像后，通过数据传送装置，经有线或无线模块将图像传送到图像数据处理模块进行实时识别；除了识别出索引号之外，还可获取图书的名称、出版社等信息，并记录当前书籍的位置信息，包括书架号和栏号，再将错误放置的信息和应正确放置的位置发送给数据分发装置。

数据分发装置将中央数据处理装置识别的信息分发到数据显示装置。

数据显示装置是管理人员手持的安卓手机、IOS手机等移动终端设备或图书馆管理用PC机。

数据采集系统以ARM开发板为中心，ARM开发板中导入写好的控制程序，由ARM发出命令控制步进电机的转动，由步进电机带动相机在导轨上移动，以达到对每个书架的扫描，导轨位于图书馆每层顶部，具体铺设路径根据每个图书馆情况而定。

相机通过数据线与ARM开发板相连，每当相机拍摄一张图片数据，即时传送到ARM开发板中。ARM开发板作为数据交换桥梁和控制中心，在得到图像数据后，通过无线网络，将图片数据发送至服务器。

服务器上有开发好的图像识别程序，实时进行图像处理并比对数据库，找出放错位置的书籍，并将数据发送至微软云存储。

微软云上的数据马上通过推送功能，推送至客户端。图书管理员在办公时，只需根据客户端提供的错书列表即可找到放错位置的图书，错书列表中提供的数据包括放错位置书籍的当前位置，和该书籍应该放置的位置。

通过该系统辅助，管理员不需要花费大量时间到每个书架上去查找放错位置的书籍，大大地节省了时间和精力。

三、结束语

通过该系统的设计，能够让学生将所学的多门专业课程知识融会贯通，极大地提高了学生的实践动手能力。

参考文献：