目录

前言

课题背景和意义

实现技术思路

一、智能安检机概述

二、嵌入式控制系统

三、图像处理模块设计

实现效果图样例

最后


前言


    📅大四是整个大学期间最忙碌的时光,一边要忙着备考或实习为毕业后面临的就业升学做准备,一边要为毕业设计耗费大量精力。近几年各个学校要求的毕设项目越来越难,有不少课题是研究生级别难度的,对本科同学来说是充满挑战。为帮助大家顺利通过和节省时间与精力投入到更重要的就业和考试中去,学长分享优质的选题经验和毕设项目与技术思路。

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选题指导: https://blog.csdn.net/qq_37340229/article/details/128243277

大家好,这里是海浪学长毕设专题,本次分享的课题是

🎯基于机器视觉的智能安检系统设计 -OpenCV

课题背景和意义

智能安检应用背景是安检人员时刻紧盯显示屏,容易疲劳、跑神;对可疑物品的判断完全依赖安检人员经验;容易漏检、错检;应用简介,智能安检危险品自动识别系统的优势:电脑自动识别图像,判断违禁品种类及位置;有违禁物品时主动提示,减轻安检人员工作量;违禁品检出率高,判别速度快;智能安检危险品自动识别系统所采用的新技术智能安检危险品自动识别系统是利用计算机目标检测技术对XRAY 图像进行处理分析,智能识别定位危险物品并进行报警提示的安检设备。X射线智能安检机主要利用深度神经网络的算法,逐层提取物体特征,通过物体分割和识别定位来快速检测出可疑危险物品。在物体检测过程中,系统可显示检测到的物体种类及位置信息,并且根据需求设置物体类别的输出阈值,准确区分并快速定位危险物品,并在屏幕上报警显示,方便安检人员及时对危险品进行确认处理。智慧安检领域的探索与实践一定程度上解决了可疑行李与安全行李混杂、安检效率低及员工劳动强度大等问题。但从从实际应用情况来看,还存在着不足,所以发展智能安检是十分有必要的。

实现技术思路

一、智能安检机概述

基于 OpenCV 的智能安检机设计包括压力检测 电机控制、 图像处理 自动检查等部分 实现了违禁物品的智能筛选与自动控制, 如图 所示 为了帮助旅客放取物件 在安检机的升降台安装一个压力传感器, 利用 STM32 ADC 外设检测并判断升降台上是否放置物品; 步进电机使用拟合的方式对升降台进行控制; 同时 单片机通过 PID 算法和 PWM 实现传送带的运行控制。

经过滤波去噪之后 OpenCV 处理 X 射线透视获取的图像信息, 并通过颜色和形状判断是否为违禁物品 随后 监控台将处理过的信息通过 UART 串行通信方式向 STM32F103ZET6 单片机发送数据, 决定物品从 1 口还是 2 口流出

二、嵌入式控制系统

电源电路

220 V 交流电需要经过四个步骤电源变压整流电路滤波器和稳压电路,即可得到稳定的直流电首先将 220 V 交流电通过变压器变压至 5 V经过桥式整流电路后将负向电压转化成正向电压,然后再通过电容滤波电路使输出成为比较平滑的直流电,最终经过 LM317 稳压芯片,得到稳定的电压供单片机使用。

 压力检测

当检测到物体时 压力模块输出电压会发生变化 , 同时 STM32 ADC 外设通过采集电压值 对压力模块进行初始化 随后 STM32 读取数据并计算出物品的重量 如果所放物品超 出升降台的最大承载值 报警电路启动 反之升降台运行 将物 品送到传送带 压力检测流程如图:

电机控制
该模块主要控制传送带上的电机 使电机能够精准地将物品传送到监控台。 为了达到精准的控制效果 本方案使用位置式PID 算法 通过控制单片机输出 PWM 波占空比 反馈到电机上 ,进而实现对传送带传输距离的准确定位。
PID 算法作为现阶段控制领域较为成熟的一套算法 被广泛运用在工业控制、 机器人控制 平衡车控制等方面 在整个过程中, 通过比例 积分 微分三步操作减少目标值与实际值之间的误差。 理想的 PID 公式如下:

PID 算法框图如图 4 所示

 为了编程方便,用采样周期 T 将其离散化T 足够小时,微分方程可以写为位置式数字 PID 方程:

三、图像处理模块设计

图像预处理
由于外界环境和传输过程中存在干扰因素 图像可能会受到不同程度噪声的影响, 导致图像质量整体受损 所以在对图像边缘检测前, 首要任务是降低图像中的噪声干扰 提高图像整体质量和可视化效果 
在日常生活中 高斯噪声和椒盐噪声是最为普遍的 经资料查询, 滤除高斯噪声的主要方法有平滑线性滤波 高斯滤波 维纳滤波等。 

 为了减少在安检过程中丢失关键性信息, 本设计采用遵从最小均方差准则的维纳滤波法。 在自适应滤波中最广泛采用的目标函数之一就是均方误差(MSE),其定义为

维纳滤波法是以原图像 QAB与恢复后图像 QAB的最小均方误差准则下提出的最佳线性滤波方法, 设所选模板为M×N

其中 μ 为所选模块的局部均值 σ 2 为所取模板的局部方差值
针对椒盐噪声 比较有效的方法是对信号进行中值滤波 中值滤波通过定义一个 M × N 窗口 其中 M N 均为奇数 对每个窗口的像素值进行升序或者降序排列, 并将排序后的中值取出作为本位置的值。 通过该种方法 使得每个窗口周围的像素值接近真实值, 从而消除孤立的真实值 具体效果如图:

中值滤波可以减少边缘模糊度 同时 其原理简单 运行速度快, 有利于图像特征的提取

图像特征提取

针对层叠物品检测的问题 目前国内外最常见的解决方法是传统特征提取和基于神经网络的深度学习方法。 其中较为经典的目标检测技术便是 Faster-Rcnn 但是该方法有很大的弊端, 如耗时 占用内存大等 为了确保系统更快地运行 采用改进的 Faster-Rcnn 网络算法 FPN 算法

该算法是通过融合分辨率低但语义较强的特征图和分辨率较强但语义较弱的特征图,使多层特征图均具有较强语义信息并将特征图中语义较强的特征图向上采集以加强高层特征。 虽然此种方案能针对安检情况下物品层叠的情况,但是随着训练样本的增加将会存在着无关数据过多的情况。

实现效果图样例

客运智慧安检系统:

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最后

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