一种基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置及取放书方法，取放书装置包括可移动的推车，推车的上端设置有水平直线移动模组，水平直线移动模组的第一滑块上设置有竖直直线移动模组，竖直直线移动模组的第一滑块上安装有支撑板，支撑板的上端设置有支撑架，支撑架上设置有拨动图书的拨动装置，拨动装置的下方设置有夹持书的夹持装置，支撑架的顶部设置有摄像模块，水平直线移动模组、竖直直线移动模组和摄像模块均与控制器电连接。取放书方法包括步骤S1‑S10。本发明能实现高处自动取放书功能，识别图书位置准确，工作可靠，实现准确取放书动作，操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及取书装置技术领域，具体涉及一种基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置及方法。

背景技术

目前，图书管理员解决这一问题的方式是使用梯子，在图书馆书架间的狭小空间里，使用梯子非常不便的同时，还存在摔倒受伤的安全隐患。而图书管理员使用的梯子，如果为了方便移动，加上万向轮，哪怕是固定好了万向轮，在使用梯子的时候依旧会摇摇晃晃，存在着不小的安全隐患。而保证了安全的情况下，固定了梯子的支撑，就又会变得难以搬动。

这些装置使用的都是单纯的夹持手取拿，所述工作原理决定了这些装置存在着较大的问题。由于书架上的书摆放较紧，直接取书和放书可能因为书与书之间的摩擦力将附近的书拖扯下来。同时，这样的夹持手存在着较大的可能定位不准，以至于有可能推到整排的书。基于这些问题，目前市面上不管是线上还是线下都还没有这样的图书馆使用图书取放装置，还有部分高校的图书馆采取了对图书加装芯片的办法，这样能够代替图书管理员和读者寻找图书位置的工作，能够较为精准的定位书的位置。可是这样并没有解决图书管理员高处取放书的问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种实现自动取书与放书的基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置及方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置，其包括可移动的推车，推车的上端设置有水平直线移动模组，水平直线移动模组的第一滑块上设置有竖直直线移动模组，竖直直线移动模组的第一滑块上安装有支撑板，支撑板的上端设置有支撑架，支撑架上设置有拨动图书的拨动装置，拨动装置的下方设置有夹持书的夹持装置，支撑架的顶部设置有摄像模块，水平直线移动模组、竖直直线移动模组和摄像模块均与控制器电连接。

进一步地，拨动装置包括两根成倒V字形的拨杆，两根拨杆之间铰接，其中一根拨杆固定在竖向旋转的驱动电机的转轴上，两根拨杆之间设置有弹簧，驱动电机与控制器电连接，驱动电机安装在支撑架上。

进一步地，夹持装置包括两块成L形的夹持块，两块夹持块相背设置，两块夹块的尾部均铰接有驱动杆，两根驱动杆成八字形分布，两根驱动杆的端部均铰接在第一电动伸缩杆的端部，两根夹持块的中部铰接在支撑块上，第一电动伸缩杆与控制器电连接；两块夹持块相对的两个面上设置有若干软质的防滑垫片。

进一步地，支撑块和第一电动伸缩杆均设置在活动板上，活动板与支撑板平行，活动板的前端设置有第一滑块，第一滑块固定在第二电动伸缩杆的端部，第二电动伸缩杆与第一电动伸缩杆平行，第二电动伸缩杆安装在支撑板上，第二电动伸缩杆与控制器电连接；支撑板的两侧设置有第三滑轨，活动板的底部通过第三滑块与第三滑轨滑动连接。

进一步地，支撑板的上表面开设有滑槽，第一滑块滑动设置在滑槽内，滑槽设置在第二电动伸缩杆的延长方向，滑槽的两侧设置有与其平行的第一滑轨，活动板的下表面设置有与第一滑轨配合的第二滑块。

进一步地，滑槽的两侧设置有两根平行的拨片，两根拨片的端部设置八字形的收口，每根拨片的尾部均设置有两根连接轴，两根连接轴沿拨片的长度方向分布，拨片下方的支撑板上设置有与拨片对应的条形滑孔，两条条形滑孔的头部设置为向外侧张开的弧形结构；

两根连接轴均滑动设置在条形滑孔内，靠近拨片尾端的连接轴穿过条形滑孔铰接在驱动块上，另一根连接轴与驱动块之间设置有间隙；驱动块设置在支撑板的下方，且驱动块固定在第三电动伸缩杆的端部，第三电动伸缩杆安装在支撑板的下端，第三电动伸缩杆与控制器电连接。

进一步地，支撑板的下表面设置有与第三电动伸缩杆平行的第二滑轨，驱动块上设置有与第二滑轨配合的第三滑块，第三滑块滑动设置在第二滑轨上。

提供一种上述基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置的取放书方法，其包括以下步骤：

S1：需要取书时，工作人员将推车推到需要取书的书架位置，通过竖直直线移动模组带动支撑板上升到需要取书位置的高度，并距离书架80-150mm；

S2：摄像模块拍摄需要取书区域的图像，上传到控制器的显示屏上，工作人员选取图像中所需取出的书籍，识别出所需取出的书籍两侧的空白区域；

S3：水平直线移动模组带动支撑板水平移动，使夹持装置对准所需取出的书籍两侧的空白区域；

S4：驱动电机带动拨杆向下转动，拨动所需取出的书籍倾斜设定角度；

S5：第二电动伸缩杆伸长，带动活动板向前移动，并且第一步电动伸缩杆伸长，驱动夹持装置张开设定间隙，使书籍位于夹持装置内，第一步电动伸缩杆再收缩，夹持起书籍；

S6：竖直直线移动模组带动支撑板下降，工作人员从夹持装置上取下书籍，实现取书过程；

S7：当需要放书时，工作人员将书籍夹持在夹持装置上，推动推车到放书的书架旁；竖直直线移动模组再带动支撑板上升到放书区域；

S8：摄像模块拍摄放书区域的图像，识别出放书区域中可放入书籍的空白区域；

S9：支撑板移动到空白区域，第三电动伸缩杆伸长，带动拨片向前移动，并向两侧外扩，拨开空白区域两侧的书籍；

S10：第二电动伸缩杆带动活动板向前移动，使夹持装置伸入空白区域内，第一电动伸缩杆收缩，将书籍放入空白区域内，实现放书过程。

进一步地，步骤S2和S8中识别书籍之间的空白区域的方法包括：

A1：摄像模块运行图像采集函数，拍摄一张图片，返回image对象；

A2：对拍摄的图像进行中值滤波：把数字图像的数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近真实值，消除孤立的噪声点；

A3：对滤波过后的图像进行双边滤波，使图像平滑，保持图像中的边缘，得到模糊图像，双边滤波函数为：

其中，g(i,j)为图像的输出点；S(i,j)为以g(i,j)为中心的(2N+1)(2N+1)的大小的范围；f(k,l)为多个输入点；w(i,j,k,l)为经过两个高斯函数计算出的值；

A4：利用均值滤波函数处理模糊图像，得到清晰图像：给出一个滤波模板kernel，滤波模板kernel覆盖像素点周围的其他邻域像素点，去掉像素本身，将其邻域像素点相加然后取平均值，得到该像素点的新的像素值，获得清晰图像；

A5：利用畸变校正函数进行镜头畸变校正，去除镜头造成的鱼眼效果；

A6：利用查找线段函数提取目标区域中每本书的两条轮廓线；

A7：提取轮廓线的角度，并对提取到的轮廓线进行绘制；

A8：运用绘制圆形函数在每条轮廓线的中心横坐标位置标点表示该直线的横坐标；

A9：创建一个数组将得到的横坐标依次保存到数组里；将相邻两条轮廓线的横坐标相减，通过相邻两条轮廓线的横坐标差与所需识别到的书的最小宽度进行对比，得到所需识别到的书的位置，进而得到该书两侧的空白区域。

本发明的有益效果为：本发明能实现高处自动取放书功能，识别图书位置准确，工作可靠，实现准确取放书动作，操作方便。本专利用图像扫描技术，结合摄像头拍照、图像扫描、单片机，图像处理程序，可精确判断图书及缝隙位置，实现准确取书放书。放书前用拨片先“拨书”，夹持手再送书；取书前先通过拨杆进行“勾书”，再通过夹持装置进行夹持书，不会因摩擦抽出、推倒出多本书，工作可靠。

本方案的拨片在的拨书过程中，使用形锁合凸轮机构实现，工作方式巧妙；本发明用图像扫描及单片机控制，可做到一键或者两键完成取书或放书动作，操作简洁、整体解决问题，适合每位读者及工作人员使用；无需与图书馆庞大数字系统接轨，节省工作量，仅凭可视化界面即可操控。

附图说明

图1为基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置的主视立体图。

图2为基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置的仰视立体图。

其中，1、推车，2、水平直线移动模组，3、活动板，4、支撑块，5、第二滑块，6、支撑板，7、条形滑孔，8、拨片，9、滑槽，10、第三滑轨，11、夹持块，12、拨杆，13、驱动杆，14、弹簧，15、驱动电机，16、摄像模块，17、第一电动伸缩杆，18、竖直直线移动模组，19、第二滑轨，20、驱动块，21、第三电动伸缩杆。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，本方案的基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置包括可移动的推车1，推车1的上端设置有水平直线移动模组2，水平直线移动模组2的第一滑块上设置有竖直直线移动模组18，竖直直线移动模组18的第一滑块上安装有支撑板6，支撑板6的上端设置有支撑架，支撑架上设置有拨动图书的拨动装置，拨动装置的下方设置有夹持书的夹持装置，支撑架的顶部设置有摄像模块16，水平直线移动模组2、竖直直线移动模组18和摄像模块16均与控制器电连接。

本方案的拨动装置包括两根成倒V字形的拨杆12，两根拨杆12之间铰接，其中一根拨杆12固定在竖向旋转的驱动电机15的转轴上，两根拨杆12之间设置有弹簧14，驱动电机15与控制器电连接，驱动电机15安装在支撑架上。通过驱动电机15驱动拨杆12向下转动，拨杆12的顶住书的上端，使图被拨倾斜，脱离堆积的图书，方便夹持装置夹持。

本方案的夹持装置包括两块成L形的夹持块11，两块夹持块11相背设置，两块夹块的尾部均铰接有驱动杆13，两根驱动杆13成八字形分布，两根驱动杆13的端部均铰接在第一电动伸缩杆17的端部，两根夹持块11的中部铰接在支撑块4上，第一电动伸缩杆17与控制器电连接；两块夹持块11相对的两个面上设置有若干软质的防滑垫片。第一电动伸缩杆17伸长时，两根夹持块11收紧，第一电动伸缩杆17收缩时，两根夹持块11张开。

支撑块4和第一电动伸缩杆17均设置在活动板3上，活动板3与支撑板6平行，活动板3的前端设置有第一滑块，第一滑块固定在第二电动伸缩杆的端部，第二电动伸缩杆与第一电动伸缩杆17平行，第二电动伸缩杆安装在支撑板6上，第二电动伸缩杆与控制器电连接；支撑板6的两侧设置有第三滑轨10，活动板3的底部通过第三滑块与第三滑轨10滑动连接。第二电动伸缩杆带动活动板3向前伸缩，使夹持装置去夹持或放置书。

支撑板6的上表面开设有滑槽9，第一滑块滑动设置在滑槽9内，滑槽9设置在第二电动伸缩杆的延长方向，滑槽9的两侧设置有与其平行的第一滑轨，活动板3的下表面设置有与第一滑轨配合的第二滑块5；确保活动板3移动平稳。

滑槽9的两侧设置有两根平行的拨片8，两根拨片8的端部设置八字形的收口，方便插入两本书之间的间隙内，每根拨片8的尾部均设置有两两根连接轴，根连接轴沿拨片8的长度方向分布，拨片8下方的支撑板6上设置有与拨片8对应的条形滑孔7，两条条形滑孔7的头部设置为向外侧张开的弧形结构。

两根连接轴均滑动设置在条形滑孔7内，靠近拨片8尾端的连接轴穿过条形滑孔7铰接在驱动块20上，另一根连接轴与驱动块20之间设置有间隙；驱动块20设置在支撑板6的下方，且驱动块20固定在第三电动伸缩杆21的端部，第三电动伸缩杆21安装在支撑板6的下端，第三电动伸缩杆21与控制器电连接。

支撑板6的下表面设置有与第三电动伸缩杆21平行的第二滑轨19，驱动块20上设置有与第二滑轨19配合的第三滑块，第三滑块滑动设置在第二滑轨19上。

第三电动伸缩杆21驱动两根拨片8向前移动，条形滑孔7头部张开的弧形结构使得两根拨片8向前移动时自动张开，实现拨开间隙的动作，并确保拨片8移动平稳。

上述基于图像扫描的图书馆用自动取放书装置的取放书方法包括以下步骤：

S1：需要取书时，工作人员将推车1推到需要取书的书架位置，通过竖直直线移动模组18带动支撑板6上升到需要取书位置的高度，并距离书架80-150mm；

S2：摄像模块16拍摄需要取书区域的图像，上传到控制器的显示屏上，工作人员选取图像中所需取出的书籍，识别出所需取出的书籍两侧的空白区域；

S3：水平直线移动模组2带动支撑板6水平移动，使夹持装置对准所需取出的书籍两侧的空白区域；

S4：驱动电机15带动拨杆12向下转动，拨动所需取出的书籍倾斜设定角度；

S5：第二电动伸缩杆伸长，带动活动板3向前移动，并且第一步电动伸缩杆伸长，驱动夹持装置张开设定间隙，使书籍位于夹持装置内，第一步电动伸缩杆再收缩，夹持起书籍；

S6：竖直直线移动模组18带动支撑板6下降，工作人员从夹持装置上取下书籍，实现取书过程；

S7：当需要放书时，工作人员将书籍夹持在夹持装置上，推动推车1到放书的书架旁；竖直直线移动模组18再带动支撑板6上升到放书区域；

S8：摄像模块16拍摄放书区域的图像，识别出放书区域中可放入书籍的空白区域；

S9：支撑板6移动到空白区域，第三电动伸缩杆21伸长，带动拨片8向前移动，并向两侧外扩，拨开空白区域两侧的书籍；

S10：第二电动伸缩杆带动活动板3向前移动，使夹持装置伸入空白区域内，第一电动伸缩杆17收缩，将书籍放入空白区域内，实现放书过程。

步骤S2和S8中识别书籍之间的空白区域的方法包括：

A1：摄像模块16运行图像采集函数，拍摄一张图片，返回image对象；

A2：对拍摄的图像进行中值滤波：把数字图像的数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近真实值，消除孤立的噪声点；

A3：对滤波过后的图像进行双边滤波，使图像平滑，保持图像中的边缘，得到模糊图像，双边滤波函数为：

其中，g(i,j)为图像的输出点；S(i,j)为以g(i,j)为中心的(2N+1)(2N+1)的大小的范围；f(k,l)为多个输入点；w(i,j,k,l)为经过两个高斯函数计算出的值；

A4：利用均值滤波函数处理模糊图像，得到清晰图像：给出一个滤波模板kernel，滤波模板kernel覆盖像素点周围的其他邻域像素点，去掉像素本身，将其邻域像素点相加然后取平均值，得到该像素点的新的像素值，获得清晰图像；

A5：利用畸变校正函数进行镜头畸变校正，去除镜头造成的鱼眼效果；

A6：利用查找线段函数提取目标区域中每本书的两条轮廓线；

A7：提取轮廓线的角度，并对提取到的轮廓线进行绘制；

A8：运用绘制圆形函数在每条轮廓线的中心横坐标位置标点表示该直线的横坐标；

A9：创建一个数组将得到的横坐标依次保存到数组里；将相邻两条轮廓线的横坐标相减，通过相邻两条轮廓线的横坐标差与所需识别到的书的最小宽度进行对比，得到所需识别到的书的位置，进而得到该书两侧的空白区域。

本发明能实现高处自动取放书功能，识别图书位置准确，工作可靠，实现准确取放书动作，操作方便。本专利用图像扫描技术，结合摄像头拍照、图像扫描、单片机，图像处理程序，可精确判断图书及缝隙位置，实现准确取书放书。放书前用拨片8先“拨书”，夹持手再送书；取书前先通过拨杆12进行“勾书”，再通过夹持装置进行夹持书，不会因摩擦抽出、推倒出多本书，工作可靠。

本发明的拨片8在的拨书过程中，使用形锁合凸轮机构实现，工作方式巧妙；本发明用图像扫描及单片机控制，可做到一键或者两键完成取书或放书动作，操作简洁、整体解决问题，适合每位读者及工作人员使用；无需与图书馆庞大数字系统接轨，节省工作量，仅凭可视化界面即可操控。