本发明涉及书本登记管理装置， 尤其涉及一种使用嵌入式信息技术、 计算 机视觉及图像处理技术和射频识别技术 （ "RFID " ) 实现的可应用在图书馆自 动化管理系统中的书本登记管理装置。 背景技术

现时全球图书馆量数以十万计， 单以政府、 公共及大学所属的图书馆便超 过万间， 因此迅捷有效的图书馆服务是现代社会所必需 的。 纵观世界， 许多社 会的公共和大学图书馆从九十年代起已经开始 使用射频识别技术来取代或优 化在图书馆广泛使用多年的条形码识别及磁条 防盗技术， 其最终目的是为了提 升管理效率及准确性， 提供更方便公众的服务。

现在一般图书登记管理方式及系统有几种， 比较普遍的是条形码系统， 在 使用时， 通过条形码阅读器读取书本上贴上的条形码信 息， 接连计算机和数据 库， 再按各图书馆的情况， 由操作人员手动处理其它流程。 条形码系统的缺点 很多， 包括必须逐一扫描， 扫描方向及位置必须特定和无阻挡； 条形码的数据 容量较小， 只有极小字符， 而且只能包含数字和字母， 所以无法存储更多和书 本相关的信息； 条形码的打印质素容易变差， 易受外物、 尘埃影响效果； 在进 行书本登记时， 其它信息的输入， 仍然需要由操作人员手工完成； 在图书借还 流程中， 使用者亦受条形码的缺点影响操作， 这些都大大降低了图书馆自动化 的效率。 此外， 条形码一旦损坏便无法读取， 给日常图书管理工作带来了很多 不便和麻烦。 现在逐步兴起的射频识别技术 （ "RFID " ) 图书管理系统， 正逐 步解决条形码管理系统的缺陷。 射频识别技术的不断提升和广泛应用已达到初 具规模的效果， 书本自助借出及自助归还的系统和设备已经被 开发出来增加图 书馆的书本流通和使用量， 进一步改善了提供给使用者的服务。 这些系统和设 备可以通过贴在书本内的射频识别标签芯片中 存储的唯一识别码和其相关的 数据， 准确和快捷地获取该书本的信息， 并进行识别。 在书本登记时， 操作人 员会为每一书本贴上射频识别标签， 利用 RFID标签可储存大量数据的特点， 可存储入更多与书本相关的信息， 包括该书本的独有特征， 如长度、 阔度、 高 度、 重量及书面图像特征等。

但要实现 RFID系统需要花费大量金钱、 人力及时间， 同时要为原有的藏 书进行重新的贴标签及条形码数据转换的工作 。 此外， 在图书借还过程中， 现 时的 RFID 图书系统仍有缺点， 例如出现使用者撕下标签， 偷换至另一书本的 情况， 所以原来希望通过 RFID 图书管理系统实现自助借还的目的又受到了局 限。 因此， RFID 标签若能够储存更多该书本自身特征的数据， 以进行自我核 实， 即可填补这些缺点。 但现时并没有一个先进的智能书本登记管理装 置可以 提供此功能， 能快速地采集、 分析及获取书本的特征， 并实现实时储存于该书 本的射频识别标签中。 发明概述

本发明的目的是解决上述问题， 提供了一种先进的智能书本登记管理装 置， 可采集、 分析、 获取及储存书本的特征， 结合 RFID技术的独特优点以通过 单一装置、 一站式、 一步法的方式完成书本登记流程， 在解决既有技术和系统 缺点的同时， 为未来自动化图书管理要求建立新基础。

本发明的技术方案为： 本发明揭示了一种基于计算机视觉及射频识别 技术 的书本登记管理装置， 包括图像采集工作平台、 图像采集装置、 射频识别标签 读写器及天线组、 电子防盗充消磁装置、重量测量装置以及嵌入 式中央处理器， 其中：

该图像采集工作平台提供一操作平台， 该操作平台使书脊及书口图像与第 一书面的图像组出现在同一光学采集平面上且 彼此相连， 书脊及书口图像反射 到摄像头组的图像采集范围， 该摄像头组进行实时同步拍摄以获得书本在书 脊、 书口以及第一书面这三个方向上的图像， 其中该图像采集工作平台包括放 置书本的平面板， 平面板具有供该摄像头组用作定标的图样、 透明挡板组、 反 射镜面组， 该透明挡板组垂直安置在该图像采集工作平台 边角上， 形成直角， 供书本紧贴透明挡板的直角， 确保书脊及书口亦可完全紧贴透明挡板， 该反射 镜面组倾斜安装在透明挡板的另一边， 与图像采集工作平台构成一角度， 以完 整反射整个书脊和书口图像到安装于上方的摄 像头组的图像采集范围；

图像采集装置， 由该摄像头组构成， 安装在该图像采集工作平台的上方， 用于采集该图像采集工作平台上的书本的图像 ；

射频识别标签读写器，连接该天线组，用于对 射频识别标签进行读写操作； 天线组， 由多个射频天线元组成， 射频天线元内部的调整电路用于调整射 频天线元的敏感性， 天线组放置于该图像采集工作平台下；

电子防盗充消磁装置， 用于消除或者恢复书本防盗磁条的磁性。

重量测量装置， 设置在该图像采集工作平台的平面板之下， 用于测量图像 采集工作平台上的书本的重量；

嵌入式中央处理器， 控制及运行所有已嵌入安装的固件模块， 包括图像采 集模块、 储存模块、 计算机视觉图像处理模块、 图像分析模块、 射频识别标签 读写模块、 射频识别标签数据存储模块、 监视引擎模块、 管理服务模块、 提示 运行模块。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 该图像采集模块进一步包括：

图像手动采集子模块， 是多镜头图像采集系统， 可按次序或同时的采集方 式来采集书本图像组；

光源控制子模块， 用于为图像采集提供及控制有效均匀的光源；

图像自动采集触发子模块， 连接该图像采集子模块， 利用图像采集范围内 的图像变化自动触发图像采集模块来实现图像 采集功能。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 该储存模块连接该图像采集装置和该计算机视 觉图像处理模块， 包括 原始图像存储数据库单元和书本登记资料存储 数据库单元， 其中该原始图像存 储数据库单元用于储存采集到的书本的原始图 像， 该书本登记资料存储数据库 单元用于存储分析后获取到的书本特征。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 计算机视觉图像处理模块连接该图像采集装置 ， 将采集到的书本图像 组制作成二维书本图像， 并对二维书本图像进行图像分析以获取书本特 征， 该 计算机视觉图像处理模块中设有用于制作二维 书本图像的计算机图像制作子 模块， 该计算机图像制作子模块进一步包括：

测定单元， 检测摄像头组定标图样在摄像头中的二维位置 ； 图像矫正单元， 矫正一个或多个摄像头采集到的扭曲变形的图 像； 图像合并单元， 连接该图像矫正单元， 通过检测多幅图像的异同合并矫正 后的图像；

智能选择单元， 在书本图像组中根据书本图像和图像采集工作 平台的背景 自动分割及消除非书本图像区域， 标识书本边线， 制成书脊、 书口及书面； 处理后图像存储数据库单元， 连接该智能选择单元， 用于存储经过处理的 书本图像。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 该计算机视觉图像处理模块中设有用于对二维 书本图像组进行图像组 分析以获取书本特征的图像分析子模块， 该图像分析子模块进一步包括： 图像尺寸测算单元， 用于测量书本的长、 宽、 高；

图像模板撷取单元， 利用书本图像的特征点撷取出书本的模板， 用作以后 判别书本图像的特征；

图书馆条形码辨识单元， 辨识图书馆条形码的位置， 撷取图书馆条形码的 图像；

国际标准编号条形码辨识单元， 辨识国际标准编号条形码位置， 撷取出国 际标准编号条形码图像；

索书号条形码辨识单元， 辨识索书号条形码位置， 撷取出索书号条形码图 像；

阈值分析及选择单元， 找出及设定最优化的模型阈值、 系统畸变及尺寸误 差值和匹配核数；

光学字符分析单元， 用于从撷取出的图书馆条形码、 国际标准编号条形码 和索书号条形码图像中分析出字符信息；

特征图像存储数据库单元， 用于存储书本图像和书本特征， 该书本图像包 括书面的图像模板、 书脊的图像模板、 书背的图像模板、 书口的图像模板， 该 书本特征包括书本的长、 宽、 高尺寸及其尺寸分类、 重量及其重量分类、 国际 标准编号位置、 图书馆条形码位置、 索书号位置、 射频识别标签位置、 射频识 别标签芯片编号、 国际标准编号、 图书馆条形码编号、 索书号、 被读写的射频 识别标签芯片的记录信息。 根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 射频识别标签数据存储模块， 用来定义所有图像及书本特征的标签在 芯片中存储的存取单位位置， 该唯一的存取单位位置是供使用者读写芯片中 存 储的书本特征。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 该射频识别标签读写模块连接射频识别标签数 据储存模块， 该射频识 别标签读写模块进一步包括：

读写器固件， 用于执行读写书本中射频识别标签芯片的特征 ， 基于射频识 别标签数据存储模块中的存取单位位置将书本 特征读取出来或者写入书本内 的射频识别标签芯片中；

射频识别标签位置分析单元， 采用非接触式电磁感应方式来识别射频识别 标签在书本上的位置。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 装置还包括：

监视引擎模块， 连接该书本登记管理装置的各个组件， 对所有组件的运行 状态进行监控， 该监视引擎模块进一步包括：

模块运行状态汇报单元， 提取装置内各组件当前的运行状态， 建立故 障日志， 并发送故障状态的信息到指定的记录地点；

自动修复单元， 根据预测到的不当运行， 在不干扰系统应用程序或业 务程序的情况下对出错的模块进行修复。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 装置还包括：

管理服务模块， 供操作人员远程或现场管理和监控书本登记管 理装置的信 息， 进一步包括：

升级单元， 通过本地端口或远程网络为固件或软件升级； 汇报单元， 向操作人员发送装置内各模块当前的运行状态 ； 参数设定单元， 供操作人员输入装置内各模块的相关参数， 设定系统 设定值；

提取下载数据单元， 提取下载数据， 自动建立相关的数据下载连接； 图像区域设定单元， 在储存模块的原始图像中选择或定义一个特定 范 围的图像区域， 用以手动剪裁出正确的书面或书脊图片。

根据本发明的基于计算机视觉及射频识别技术 的书本登记管理装置的一 实施例， 该装置还包括：

提示运行状态模块，根据运行状态向操作人员 发出提示信号，进一步包括： 语音提示控制单元， 以语音信号的方式提示操作人员登记管理的状 态；

闪光提示控制单元， 以光信号的方式提示操作人员登记管理的状态 。 本发明对比现有技术有如下的创新性效果： 本发明提供的书本登记管理装 置的技术方案， 通过嵌入式信息技术、 计算机视觉及图像处理技术和射频识别 技术对书本本身的特征进行撷取和分析， 可以快速地采集、 储存、 矫正、 合并 和分析图像并获取每一本登记书本的特征， 记录于储存数据库和射频识别标签 内。 射频识别标签可以记录书本的书面的图像模板 、 书脊的图像模板、 书背的 图像模板、 书口的图像模板、 该书本特征包括书本的尺寸（长、 宽、 厚度）或其 尺寸分类、 重量或其重量分类、 图书馆条形码位置、 国际标准编号位置、 索书 号位置、 射频识别标签位置、 射频识别标签芯片编号、 国际标准编号、 图书馆 条形码编号、 索书号、 被读写的射频识别标签芯片的记录信息， 其原理和人类 生物特征数据的登记类似。 即使射频识别标签遭损毁或失效， 日后的自动化系 统仍可依据其它的书本特征， 鉴别书本身份， 有效提高书本自动化流通系统的 效率和效果。 由于书本本身的特征是无法改变的，且书本上 可抓取的特征极多， 这就保证了鉴别的准确性。 本发明所提供的书本登记管理装置是一个独立 的嵌 入式装置， 操作人员可以一次采集到所需的书本图像， 撷取及分析图像特征， 进行充消磁工作， 最后把书本的特征通过射频识别标签读写器写 入书本的射频 识别标签中。 附图说明

图 1是本发明中所用书本的一个示例的示意图。

图 2是本发明的书本登记管理装置的较佳实施例� �结构示意图。 图 3A是反射镜面与图像采集工作平台构成某角度� ��以反射整个书脊图像的示 意图。

图 3B是第一书面及书脊图像采集的示意图。

图 3C是第二书面图像采集的示意图。

图 4是本发明的书本登记管理装置的各固件模块� �原理图。

图 5是登记 /借还书本的应用示意图。

图 6为本发明的原始图像处理的流程图。

图 7为本发明的图像模板撷取的流程图。

图 8为本发明的基于边缘侦测算法量度书本尺寸� �流程图。

图 9为本发明的基于边缘侦测算法和光学字符分� �来撷取条形码的流程图。 图 10为本发明的书本登记管理装置启动初始化的� ��程图。

图 11为本发明的书本登记管理装置的实施流程的� ��意图。

图 12为本发明以红线显示书本边缘示意图。 发明的详细说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描 述。 本发明的书本登记管理装置所用的书本的一个 示例请参见图 1 所示， 在本发 明中， 书本的封面称为书面， 书本的装订侧称为书脊， 书本打开的开口称为书口， 书本的顶部称为书顶， 书本的底部称为书根。 书本上具有一般的图书管理资料， 包 括图书馆条形码、国际标准编号条形码、书脊 上的索书号编码以及藏于书内的射频 识别标签。图 1的示例是为本发明的描述方便而举的一个例� �，任何其它图书内外 的图书管理资料的放置形式， 本发明的书本登记管理装置都可以掌握辨认。

图 2示出了本发明的书本登记装置的较佳实施例� �结构。请参见图 2， 本实施 例的书本登记装置包括图像采集装置 11、 图像采集工作平台 12、 射频识别标签读 写器及天线组 13、 电子防盗充消磁装置 14、 重量测量装置 15、 提示运行模块 16、 通讯接口（包括网线接口 17和 RS-232接口 19)、 电源开关 18以及嵌入式中央处理 器 20。

图像采集装置 11包括多组摄像设备， 在本实施例中示为 3组， 安装在图像采 集工作平台 12的上方， 每组摄像设备包括一个或多个固定式摄像头， 在摄像头内 装有光学滤镜，这三组摄像设备用来分别采集 书本的第一书面、书脊和书顶的图像， 而使用者把书本反转便可采集第二书面、书口 及书根的图像，亦即一共采集了六个 不同角度的书本图像 （第一书面、 书脊、 书顶、 第二书面、 书口、 书根） ， 最后， 所有图像合并起来便形成了一个立体书本的图 像。摄像头的数量及像素根据不同的 书本尺寸以及图像质量而定， 例如书本大小等同于 A4纸张， 1个 400万像素的摄 像头图像及设定分辨率为 200dpi， 即 1英寸上有 200个光学点数； 例如书本大小 等同于 A3纸张， 便用四个 400万像素的摄像头结合计算机视觉图像处理模 块中的 图像合并单元，将四个书本图像合并为等同于 一个 800万像素的摄像头所采集书本 图像。 而如果直接用一个 800万像素的摄像头， 摄像头和图像采集工作平台 12的 高度需要调高， 这样整个装置的体积将倍增， 重量亦相对增加， 因此利用图像贴合 技术将多个视觉图像合并为一帧图像实为一种 较佳的解决方案。

在图像采集设备的顶板上设置柔光罩 112，书本登记管理装置的两侧安装白光 二极管照明条形模块 113， 提供主动侧面照明， 为整个图像采集工作平台 12提供 均匀充足的光度，提高书本与背景的对比度， 从而提高图像处理运算的准确性和效 率。

图像采集工作平台 12是非金属物料制造， 这是因为射频天线组设置于图像采 集工作平台 12之下，金属干扰会影响读卡距离甚至造成无� ��读卡。图 3A〜3C示出 了怎样在图像采集工作平台 12上放置书本以及对放置的书本进行采样。 图像采集 工作平台 12提供一操作平台把书脊或书口图像与第一书� ��的图像组出现在同一光 学采集平面上，彼此形成相连， 书脊及书口的图像被透明挡板 124后方的倾斜反射 镜面组反射到上方的摄像头组的图像采集范围 ，进行实时同步拍摄， 以获得该书本 在书脊、 书口和书面这三方向上的图像。

图像采集工作平台 12包括放置书本的平面板， 平面板具有摄像头组定标用的 图样、 透明挡板组 124、 反射镜面组， 操作人员可准确稳当地把书本放置在图像采 集工作平台 12 以作图像采集， 透明挡板组 124垂直安置在图像采集工作平台 12 边角上，形成直角供书本紧贴透明挡板 124的直角，确保书脊及书口亦可完全紧贴 透明挡板 124。 由两个位置感应器 125进行位置鉴定， 这两个位置感应器 125之间 的距离足以让书脊上的索书号编码的图像投在 倾斜反射镜面组 114。左起第二个位 置感应器 125确保了书本紧贴放置于两组透明挡板 124前。反射镜面组倾斜安装在 透明挡板 124另一边， 与图像采集工作平台 12构成某一角度足以完整准确地将整 个书脊和书口图像反射到安装于上方的摄像头 组的采集范围。再将书本反转， 同样 地， 书口和书根的图像与第二书面的图像出现在同 一采集平面上且彼此相连， 书口 和书根的图像横向反射到一个或多个摄像头的 采集范围内以获得整个图像，还需要 用计算机视觉技术纠正和合并镜像。

图像采集工作平台 12 还包括摄像头用来校准的平面图样板（如黑白 棋盘图 样）。 黑白棋盘图样不但可以用作摄像头校准， 另一目的是： 有些图书没有明显特 征 （例如全黑或全白的书本） ， 若图像采集工作平台 12为单一色调， 不利于对这 些没有明显特征并且和图像采集工作平台 12色调相似的书本进行边缘检测。 图像 的边缘作为图像的一种基本特征， 被应用于分析书本的长、 宽、 厚度等。 由于某些 图书只能提供有限的特征点，书本可以贴上不 规则碎片形变量形成的碎片形图案来 增加图像点向量（图像中两点连成的向量）数 量。而碎片形图案可以增加书本特征 点， 随着书本特征点的增加， 图像点向量也会随之增加。

射频识别标签读写器及天线组 13包括由多个射频天线元构成的阵列式射频天 线组、读写器。射频天线元的位置误差会影响 天线阵元所接收到的信号的相位， 射 频天线元内部用一调整电路来调整射频天线元 的敏感性，以及利用分解的波达方向 算法对信号的相位加以调整。读写器将书本图 像特征写入射频识别标签，也可以从 射频识别标签中读出相关特征。

射频识别标签读写器及天线组 13可选择超高频 （UHF) 或高频 （HF) 的射频 识别设备， 用于读取射频识别码。 射频识别标签读写器及天线组 13可以是两种结 构，其一是由超高频或高频的射频天线元及读 写器组成，其另一是由超高频或高频 的阵列式射频天线组 131和读写器 132组成（图 2所示的结构）。而阵列式射频天 线组 131是由多个射频天线元组成。如果由于需要感 应特大图书而可能超出射频天 线元的感应范围时， 阵列式射频天线组 131可连接到读写器 132， 增加感应范围。 或者先通过阵列式射频天线组 131和读写器 132找出书本在书本登记管理装置的图 像采集工作平台 12上的射频识别标签的位置。 射频识别标签的位置是书本特征之 一， 可存储于书本登记资料存储数据库单元。

电子防盗充消磁装置 14包括电子防盗充消磁器 141以及磁条验证检査仪 142 对书本上的电子防盗标签进行充消磁及检验书 本是否已完成消磁，这样图书操作人 员可以在读者借还书时顺便进行书本登记， 做到一站式的登记借还书手续。

重量测量装置包括传感器 151及弹簧 152， 用来测量书本重量， 把测量结果存 储在书本登记资料存储数据库单元。 其中传感器 151设置在整个图像采集装置 11 之下， 以避免传感器 151遮挡书背图像。 每次开动书本登记管理装置， 传感器 151 就会重置为零， 因而重量测量装置 15只计算处理中的书本重量。

提示运行状态装置根据运行状态向图书操作人 员发出提示书本登记是否成功 的信号， 包括数码液晶显示屏 161、 电源指示灯 162、 语音提示蜂鸣器 163、 闪光 指示灯 164。

图 4示出了本发明的书本登记管理装置的各模块� �原理， 下面的内容需结合 图 4来说明。 嵌入式中央处理器 20是书本登记装置的核心， 控制及运行所有已嵌 入安装的固件模块， 包括图像采集模块、 储存模块、 计算机视觉图像处理模块、 射 频识别标签读写模块、射频识别卷标资料存储 模块、模块监视引擎、管理服务模块、 提示运行模块。

这一段简单介绍本装置的操作过程。请参见图 5， 操作人员只要把书放在书本 登记管理装置中的图像采集工作平台 12上， 不需要调整装置位置和拍摄角度， 按 下书本登记管理软件上的拍摄按钮可以根据需 要方便地采集到所需书本图像，软件 上亦提供其它按钮可进行充消磁工作以及把书 本特征通过读写器写入射频识别标 签中。本装置可利用背景转变差值的计算结果 ，触发摄像头自动拍摄图像以及利用 倾斜反射镜面组采集到三方向的书本图像。电 子防盗充消磁装置对书本中的磁条进 行充消磁工作， 同时磁条验证检査仪对磁条进行磁力验证测试 。当书本离开图像采 集工作平台 12时，所有装置便停止运作。本发明的装置不� ��适用于书本登记管理， 还可配合其它自动化借还书装置，这样可以增 加书本管理效率。无论是图 5所示的 登记全新书本手续 /借还书本的手续， 都能获取并记录下来的信息包括： 书面的图 像模板、 书脊的图像模板、 书背的图像模板、 书口的图像模板， 该书本特征包括书 本的尺寸或其尺寸分类、重量或其重量分类、 图书馆条形码位置、 国际标准编号位 置、 索书号位置、 射频识别标签位置、 射频识别标签芯片编号、 国际标准编号、 图 书馆条形码编号、 索书号、 被读写的射频识别标签芯片的记录信息。

请同时参见图 6， 对于图像采集模块来说， 它包括图像手动采集子模块、 光源 控制子模块和图像自动采集触发子模块。 图像手动采集子模块基于 DirectShow的 多镜头图像采集系统， 而 DirectShow是 Windows平台上进行媒体应用开发的最新 标准。 本发明充分利用了 DirectShow与硬件设备无关性的特点， 使用多个 USB2. 0 摄像头作为图像采集设备，可采用顺次或同时 的采集方式来进行图像采集，系统功 能主要由软件实现， 极大地节省了硬件的成本， 而对于大面积的图书图像采集， 传 统的图像采集方式在处理这样的实际问题中存 在诸多的局限性，而本发明装置利用 多个摄像头来扩大采集面积的图书图像，并利 用计算机视觉及图像处理技术来矫正 和合并图像。 图像采集装置 11中的光源控制子模块作辅助之用，用于图像� ��集时 的照明以及为了特显书本与背景的图像对比度 提供均匀的光源。图像自动采集触发 子模块借助图像采集子模块采集到的书本登记 管理装置上的书本图像，利用连续两 张图像找出随时间变化而产生的对应点转换关 系（对应点是没有放置书本的情况下 的图像采集工作平台 12上的一点， 当这一点发生变化时即说明书本放置在图像采 集工作平台 12上， 便自动触发图像采集） ， 计算前背景绝对差值， 如果大于该阈 值则触发摄像头自动拍摄书本图像。对应点必 须适量，对应点太多则计算处理速度 慢， 太少则又会有误报问题。采集到书本的原始图 像之后， 发送到计算机视觉图像 处理模块和储存模块中的原始图像存储数据库 单元。

计算机视觉图像处理模块将采集到的书本的原 始图像制作为二维书本图像， 并对这二维书本图像进行图像分析以获取书本 特征。计算机视觉图像处理模块分为 两个子模块：计算机图像制作子模块和图像分 析子模块。对于计算机图像制作子模 块， 包括测定单元、 图像矫正单元、 图像合并单元、 智能选择单元、 处理后图像存 储数据库单元。 对于分析子模块， 包括图像尺寸测算单元、 图象模板撷取单元、 图 书馆条形码辨识单元、 国际标准编号条形码辨识单元、索书号条形码 辨识单元、 阈 值分析及选择单元、 光学字符分析单元和特征图像存储数据库单元 。

原始图像存储数据库单元中将书本的原始图像 用作备份， 以便任何时候都可 从原始图像存储数据库单元中提取相应的原始 图像。获取所有原始图像后，利用测 定单元检测黑白棋盘图样在摄像头中的二维位 置，并且持续对所分析的图像数据进 行测验， 修正图像扭曲和像差， 寻找出多张图片的共轭点。 图像矫正单元矫正一个 或多个摄像头采集到的扭曲变形的图像。图像 合并单元检测多张图片的相同点，获 取图片之间的视差，利用图像贴合技术将所有 采集到的图像合并为一帧图像，产生 二值化的图像。图像合并单元还可以通过常用 的图像处理技术来去除杂点以及修补 漏白。输出经矫正和合并的图像到智能选择单 元，然后把书本图像组由背景自动分 割及从消除非书本图像区域， 标识书本边线、 制成书脊、 书口和书面， 并存储于处 理后图像存储数据库单元。

图像分析子模块中的图像尺寸测算单元， 是用来测量书本的长度、 宽度和厚 度 （也称为高度） 。 测量书本的这些特征需要借助边缘检测算法、 国际标准格式、 拓扑特征、 光学字符分析来提取图像特征。 请参见图 7， 其中边缘检测算法是以微 分操作为工具，利用以灰阶为参数的函数判断 出边缘线所在的位置。首先由左至右、 由上至下，逐行在图像中选取种子点，把种子 点中心像元和四个方向的相邻像元比 较， 找出具有一定的边缘强度的种子点， 再把这些种子点连接起来， 形成封闭的边 界， 这样便能计算书本尺寸 （长度、 宽度和厚度） 。 以书本的长度、 宽度和厚度的 边长、交点、交角值相互参考来计算出比较准 确的书本尺寸。接着利用智能选择单 元自动分割及消除非书本图像区域， 标识书本边缘 （例如以红线显示书本边缘） 。 具体来说是通过背景和书本图像结果差值间的 绝对值，找出需要分割及消除的非书 本图像部分， 同时利用背景维护算法产生二值化的输出， 去除图像杂色， 累加器更 新分割及脱除书本图像， 对于撷取有关书本图像特征来说具有良好的效 率。

请同时参见图 8，首先利用图像分析子模块中的图像模板撷� �单元基于图像特 征点提取算法提取稳定特征点，按照书本图像 尺寸和图像模板复杂度进行分类，计 算图像点向量描述符， 撷取图像特征点（所谓书本图像特征点， 是书本图像中可作 为特征标识的点，例如一本全白或者全黑的书 本就没有特征点，而书本上如果有很 多不规则的图案或者有丰富的颜色就是具有多 特征点），根据图像模板中的图像点 向量的数量将图像模板定义为 "良好"、 "可接受"和 "不良"， 这一定义是经过 统计学来判决的， "不良"一定是书本没有任何图且只有一种颜色� ��如果图像模板 定义为 "不良"， 需借助贴上碎片形图案标色在书本图像上来增 加图像点向量的数 量。 所谓碎片形图案是一种公知技术， 数学家 Benoit Mandelbrot发现一个二次迭 代方程 ₊₁ = z„ ² + _C ,z。= _C 可产生无限个碎片形图案， 方程式 z = + _C , _C = " + W， a和 b 可以通过输入不同数字来产生无限个碎片形图 案。 本算法使用了 SIFT ( Scale Invariant Feature Transform) 特征提取法， 这是一种公开的尺度不变性特征变 化方法。 特征点在图像中分布越均匀， 对特征点的配对的效果也就越稳定，稳定特 征点就是指分散的图像特征点。 由于采集图像环境的亮度差异、书本表面的反 射度 差异、书本表面方向与摄像头方向不同，都将 导致在同一投影点上图像的颜色和亮 度会有所差异， 图像特征点提取算法就是用来解决以上问题的 。具体而言， 对于经 计算机视觉图像处理模块处理后的书本图像， 由图像灰度模型生成特征向量描述 符， 然后根据向量最近邻和次近邻的距离之比， 对图像特征点进行初步筛选。特征 点可以有很多， 只要同邻近点互不相同， 便可以是特征点，初步筛选是先对比邻近 点， 找到好多特征点。 最后运用估计特征点对间的几何约束模型进一 步精选特征 点， 确定特征点数量， 将精选后得到的特征点数量作为阈值。特征点 的阈值是订立 特征点数量的指针，举例来说不同人的手指模 有不同的特征点，如果特征点太多运 算及处理速度会变慢， 相反特征点太少则准确性不高， 以上的手段都是拿一个平衡 点来制造图像模板，如同制造手指模模板，用 作人类身份的辨识，可用在自助过关系 统， 而书本图像模板可以用工作日后自助还书之用 。 输出点集匹配关系 （所谓点集 匹配关系， 匹配中将实时图分为多个子区，由子区灰度标 准差和频谱直方图判别其 可匹配性，用各子区位置分布关系约束匹配结 果就是匹配关系） ， 从而得到一个长 序列以代表书本的图像特征， 并存储于特征图像存储数据库单元。

上述的边缘检测算法还用于搜索索书号条形码 、 图书馆条形码、 国际标准编 号条形码位置。 请参见图 9， 图书馆条形码辨识单元利用条形码多行直线的 拓扑特 征找出图书馆条形码的位置，撷取图书馆条形 码的图像。国际标准编号条形码辨识 单元也还是利用条形码多行直线的拓扑特征找 出国际标准编号条形码的位置，从而 撷取出国际标准编号条形码图像。索书号条形 码辨识单元中， 由于索书号条形码在 书脊上粘贴的位置是特定的， 因此很容易断定书脊索书号的位置，从而撷取 索书号 条形码图像。阈值分析及选择单元找出及设定 最优化的模型阈值、系统畸变及尺寸 差值和匹配核数。然后由光学字符分析单元从 条形码图像中提取出图书馆编号、国 际标准编号和索书号， 将这些编号存储于特征图像存储数据库单元。

特征图像存储数据库单元用于存储书本图像和 书本特征。 书本图像包括书面 的图像模板、 书脊的图像模板、 书背的图像模板、 书口的图像模板， 书本特征包括 书本的长、 宽、 高尺寸及其尺寸分类、 重量及其重量分类、 国际标准编号位置、 图 书馆条形码位置、 索书号位置、 射频识别标签位置、 射频识别标签芯片编号、 国际 标准编号、 图书馆条形码编号、 索书号、 被读写的射频识别标签芯片的记录信息。 射频识别标签数据存储模块， 用来定义所有图像及书本特征的标签在芯片中 存储的存取单位位置。 芯片中 E2PROM的内存分多个扇区， 他们互不干扰， 每个 扇区均可分别设置各自的不同的密码及按需要 设置存取控制。 每个扇区有多个块, 一块为一个存取单位。射频识别标签读写器根 据此独一无二的存取单位位置来读写 芯片中存储的书本特征。

射频识别标签读写模块包括读写器固件和射频 识别标签位置分析单元。 读写 器固件是用于感应和读写书本中的射频识别标 签芯片，并利用阵列式射频天线组找 出书本中的射频识别标签的位置，且连接射频 识别标签数据储存模块，将书本特征 写入书本内的射频识别标签芯片中。而射频识 别标签位置分析单元采用非接触式电 磁感应方式来识别射频识别标签在书本上的位 置。把射频识别标签位置储存于书本 登记数据存储数据库单元

监视引擎模块供操作人员远程或现场管理和监 控书本登记管理装置的信息。 监控引擎模块包括模块运行状态汇报单元和自 动修复单元。模块运行状态汇报单元 不断向计算机视觉图像处理模块、射频识别标 签读写模块提取当前的运行状态。如 遇故障， 则建立故障日志， 并把故障状态的信息发送给图书操作人员。 自动修复单 元根据检测到的不当运行，在不干扰系统应用 程序或业务程序的情况下启动修正操 作， 确保整套系统不会因为数据流失或损毁而影响 整套系统的稳定及准确性。

提示运行模块通过语音提示控制单元发送语音 控制信号至语音提示器， 同时 通过闪光提示控制单元发送闪光控制信号至闪 光提示器，提示图书馆操作人员登记 管理状态。

管理服务模块主要是让操作人员远程监控书本 登记管理装置及交换装置的信 息包括汇报单元、升级单元、参数设定单元、 提取下载数据单元和图像区域设定单 元。汇报单元向操作人员的监控计算机发送装 置内各模块当前的运行状态 （如发出 模块监视引擎做出的故障结论）。当然操作人 员也可以用通过局域网络访问服务器， 了解异常和故障信息。升级单元借助本地端或 远程网络对设备的固件和软件进行升 级和更新。操作人员可通过参数设定单元输入 各个模块的相关参数，设定系统设定 值。提取下载数据单元提供一接口， 可随时从数据库中提取下载书本图像特征。 随 后， 图像区域设定单元可自由的选择或定义一个特 定图像区域，通过局部检测区域 可减少各分析模块的计算量， 以实现快速的图像分析。 下面描述本发明的书本登记管理装置的整个工 作流程。

首先是书本登记管理装置的启动初始化流程。 请参见图 10， 在网络接通和图 像采集装置 11启动的情况下，依次启动图像采集模块、计� ��机视觉图像处理模块、 射频识别标签读写模块和提示运行模块， 然后判断模块监视引擎是否接受相关启 动， 如果接受相关启动则表明系统应用程序或业务 程序已全部启动。

要执行书本登记， 需开启应用程序， 程序会显示初始化接口并在后台执行各 个软硬件的初始化。 若有部分初始化未能完成（如无法与数据库连 接） ， 程序会给 出相关信息并关闭应用程序。 若一切初始化顺利， 程序将激活图像采集装置 11。 由于程序每次激活均需要定义背景图像， 以便适应不同的光照环境， 因此在正式登 记工作前， 图像采集工作平台 12面上不允许放置杂物， 当程序成功设定无杂物的 背景图像后， 程序初始化正式完成。

图 11为实施步骤的流程图， 请参见图 11。 首先， 用户进入登陆接口， 若想取 消书本登记， 可在此接口退出程序。若要继续书本登记， 则需要让系统确定使用者 的身份信息。 当用户成功登陆后， 射频识别标签读写模块读取射频识别标签， 确定 书本可以准备登记。如果没有射频识别标签或 者标签损坏，则提示用户粘贴新的标 签。当射频标签读写模块感应到粘贴在书本内 的射频识别标签后，便可进入书本登 记的第一步： 条形码获取。本发明共有两种方法将书本的条 形码信息输入系统：一 是使用固定在图像采集工作平台 12—角的图书馆条形码扫描仪来读取图书馆条� �� 码； 二是通过图书馆条形码辨识单元及光学字符分 析单元获取条形码号。当系统通 过以上任何一种方式获取到图书馆条形码信息 后，将从图书馆所提供的图书馆条形 码数据库中提取相应的书本信息记录。 此时若图书馆条形码数据库回馈错误信息， 用户则需检査条形码的获取是否有误， 如是则推迟此书的登记， 粘贴新的条形码； 若图书馆条形码数据库有相关信息回馈， 则操作人员要检査回馈的信息有无错误 (如书名、 版本信息） ， 如有则要指出图书馆条形码数据库回馈资料错 误， 建立并 储存资料记录错误日志， 推迟此书登记， 直至图书馆条形码数据库更正； 所有错误 日志都存储于书本登记资料存储数据库单元中 。若图书馆条形码数据库回馈信息正 确无误， 则可进入书本登记第二步： 书本特征信息的获取。 首先， 在预备接口按提 示放好书本，接着便可进入书本正面信息获取 接口。此时用户可在接口上看到书本 正面以及书脊的实时图像。图像采集模块采集 图像采集工作平台 12上的书本图像， 将其储存至原始图像存储数据库单元。计算机 视觉图像处理模块中的计算机图像制 作子模块矫正并合并原始图像并储存至处理后 图像存储数据库单元。计算机视觉图 像处理模块中的分析子模块对处理后的书本图 像进行分析并获取书本的表面是否 有足够的特征信息、 书本的长宽高（厚度）信息以及书本的重量信 息。 系统会首先 分析书本正面是否有足够特征点，若没有足够 特征点，系统会提示推迟此书的登记 直至利用碎片形图案标色并粘贴在书本上以增 加足够特征点。 若有足够的特征点， 系统会继续分析书本的长宽高 （厚度） 信息， 见图 12为本发明以红线显示书本边 缘示意图， 当接口上的两组用来显示系统分析信息的红线 稳定时，说明智能选择单 元已经完成了书本边缘信息的分析， 若用户发现系统分析有误 (如书本边缘与分割 出来边线相差太远）， 则需要指出是长宽信息还是高度 （厚度） 信息判断严重偏差 或错误。 在报错之后， 用户可选择以下两种解决方案： （1 ) 立即从系统中提取含 有背景的原始图像并手动裁剪出正确的书面和 书脊图片，保证书本长宽高以及特征 图片信息的正确； （2 ) 让系统记录判断严重偏差错误日志， 待日后再做修改。

若书本边缘信息的分析正常， 系统会自动获取书本信息， 此时系统会并行处 理多项任务：一是将获取的书本重量、尺寸数 据以及图像模板储存至程序内部的临 时储存器中；二是采集书本正面以及书脊的图 像， 并把这两幅全尺寸的书本分别存 入原始图像存储数据库单元以及根据书本的尺 寸信息分割及脱除原始图像中非书 本图像区域，把裁剪后的图像存入处理后图像 存储数据库单元； 三是采集时显示书 本正面以及书脊的实时预览截图，此处之所以 使用截图显示，是因为若要处理和显 示全尺寸的高分辨率图像，耗时将是低分辨率 截图显示的十倍以上，主要目的是截 图图像可以立即显示在屏幕的接口上， 同时在系统后台可处理全尺寸图像，让用户 可以立即确定程序是否已正确裁剪图像。若用 户选择获取书面的信息，则需要按照 提示放好书本，进入书面的信息获取接口。此 时用户可以在接口上看见书面的实时 图像。在此接口， 系统会再次判断书面的长宽信息以便截取图像 ， 但书本厚度将不 再做判断。操作流程和正式获取书本正面信息 一致。 当完成书面信息的获取后， 也 会进入书本特征信息的确认和储存。

在进入当前书本登记信息总览接口时， 用户可以在接口上看到从条形码数据 库取得的文本资料（书名、 作者、 出版社等） ， 从处理后图像存储数据库输出的经 过处理的分割及脱除了非书本图像区域的正反 面以及书脊的彩色照片，从临时储存 器输出的经过计算得出的书本尺寸信息以及书 本的重量信息。此时用户需要确定书 本的正反面照片正确， 若发现正反照片有误， 可将正反面的照片互换。

所有采集到的图像特征数据都会存储在特征图 像存储数据库单元作备份。 此 外， 用户确认此接口中的所有信息是否正确， 若发现任何信息错漏， 可返回预备接 口重新登记此书。若取消登记，将不保存此书 的任何数据而直接退至条形码获取接 口。若所有信息正确，所有书本图像和书本特 征存储于书本登记资料存储数据库单 元，射频识别标签数据存储模块则把书本的相 关资料包括书面的图像模板、书脊的 图像模板、 书背的图像模板、 书口的图像模板， 该书本特征包括书本的尺寸或其尺 寸分类、重量或其重量分类、国际标准编号位 置、图书馆条形码位置、索书号位置、 射频识别标签位置、 射频识别标签芯片编号、 国际标准编号、 图书馆条形码编号、 索书号、被读写的射频识别标签芯片的记录信 息，通过射频识别标签读写器写入书 本内粘贴的射频识别标签中， 接着用户可选择消去磁条的磁性。 同时， 应用程序进 入本次登记书本信息总览接口，此接口将以列 表形式显示本次登记的书本状况，未 完成登记的书本可通过不同的错误日志链接至 需要重新登记的步骤。 在此接口中， 用户可选择进行下一本书的登记，或退出至登 陆接口， 同时保存本次书本登记的日 志， 完成本次登记。在登陆接口， 可选择退出应用程序， 至此， 书本登记流程完成。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来 实现或使用本发明的， 本领域普 通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情 况下，对上述实施例做出种种修改或 变化， 因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限 ，而应该是符合权利要求书提 到的创新性特征的最大范围。