基于图像编码识别的物料动态跟踪系统及方法与流程

1.本发明属于物料管理技术领域，具体是涉及到一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统及方法。


背景技术：

2.随着人类社会发展，社会生产力的快速增长，各种化学化工物料及试验物料种类和数量飞速增长。化学化工物料及试验物料在教育、科技、医药、民爆、工业生产等各种领域有广泛大量的使用。由于物料种类繁多，性质各异，这给终端用户的管理带来了很大的困难。常规商品通常具有一定的外观包装和重量，通过使用货架和图像比对，商业仓储和普通商储零售已经有了比较成熟的智能化商品管理系统。但针对化学化工物料及试验物料而言，这些物料的使用通常不是一次性取用，一个整体包装的物料存在多次反复零星取用，并且不同物料的包装高度接近。同时，相关政策和管理要求对这些物料进行准确有效的监管。因此，针对终端用户对复杂物料管理的需要，亟需一种简便有效、经济可行的物料动态管理方法，以便对在特定场景下实现繁杂化学化工物料及试验物料的自动化及精细化管理。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统及方法，解决现有的实验室物料管理混乱，物料浪费现象严重，同时可能带来各种安全隐患的问题。
4.基于上述目的，本发明提出一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统，包括：电子虚拟矩阵底盘结构和上位机，所述电子虚拟矩阵底盘结构包括：底盘、承重盘、设置在所述底盘与所述承重盘之间的重量监控装置、设置在所述底盘上的中控板、以及设置在所述承重盘上方的图像采集单元；所述中控板中设置有开关控制器和与所述上位机连接的mcu，所述承重盘上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵，所述灯控点阵与开关控制器连接；物料放置在所述承重盘上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码，所述开关控制器和所述重量监控装置与所述mcu连接，所述上位机根据所述重量监控装置监测的物料的重量和所述图像采集单元采集的所述承重盘上物料的图像进行物料动态跟踪。
5.可选的，所述承重盘上设置有与所述电子虚拟矩阵对应的纵横交错的标识线，所述标示线的交错位置布置有指示装置，所述指示装置有相应的身份标识。
6.可选的，所述灯控点阵为灯珠按规则排列形成的阵列，每个灯珠都有唯一编号，所述灯珠的尺寸不大于3mm，所述电子虚拟矩阵的坐标与各灯珠编号对应。
7.可选的，所述图像采集单元为内嵌电子虚拟矩阵的高分辨摄像头，所述高分辨摄像头还用于对放置于所述承重盘上不同位置的各物料的所述物料图形编码进行图像采集，并将所述物料图形编码转化为物料编码。
8.可选的，所述图像采集单元为普通的高分辨摄像头，所述上位机中安装有电子虚拟矩阵及图形一次处理算法，所述上位机用于根据采集的图像分别对放置于承重盘上不同位置的各物料的物料编码。
9.可选的，所述物高分辨摄像头的分辨率为720p-4k，具备70-130
°
的广角。
10.可选的，所述物料动态跟踪系统还包括：与所述上位机连接的后台数据库系统，所述后台数据库系统存储有物料编码库、与电子虚拟矩阵对应的灯控矩阵中各灯珠的编号及坐标数据、物料编码与电子虚拟矩阵的映射数据、用户账号数据、用户权限数据、监管数据以及各物料信息。
11.可选的，所述物料动态跟踪系统还包括：所述上位机无线连接的终端设备，所述终端设备中安装的客户端软件，以用于进行用户的身份识别。
12.可选的，所述物料动态跟踪系统还包括：框架结构，设置在所述框架结构上的多个电子虚拟矩阵底盘结构，所述框架结构的与任一所述电子虚拟矩阵底盘结构对应的位置设置有档板，所述档板上设置有与所述mcu连接的电子锁；所述mcu检测到任一所述电子锁开启时，触发与所述电子锁对应的所述电子虚拟矩阵底盘结构中的所述重量监控装置和所述图像采集单元工作。
13.基于同一发明构思，本发明还提出了一种基于图像编码识别的物料动态跟踪方法，包括：通过图像采集单元采集承重盘上物料的图像；识别所述图像中的物料图形编码并转化为物料编码，以及各物料在所述承重盘虚拟矩阵上的位置；根据所述物料编码和所述位置更新各物料与预存的电子虚拟矩阵的映射数据；通过重量监控装置获取放置于所述承重盘上的物料的重量，并根据所述承重盘上的物料的重量更新所述承重盘上的各物料的重量数据；根据更新的所述映射数据、所述重量数据以及存储的物料信息进行所述承重盘上的物料的动态跟踪。
14.从上面所述可以看出，本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统及方法，系统包括：电子虚拟矩阵底盘结构和上位机，所述电子虚拟矩阵底盘结构包括：底盘、承重盘、设置在所述底盘与所述承重盘之间的重量监控装置、设置在所述底盘上的中控板、以及设置在所述承重盘上方的图像采集单元；所述中控板中设置有开关控制器和与所述上位机连接的mcu，所述承重盘上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵，所述灯控点阵与所述开关控制器连接；物料放置在所述承重盘上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码，所述开关控制器和所述重量监控装置与所述mcu连接，所述上位机根据所述重量监控装置监测的物料的重量和所述图像采集单元采集的所述承重盘上物料的图像进行物料动态跟踪，能够进行智能化，并且简便有效、经济可行的物料动态自动化管理，有效降低物料浪费及环境污染，规避可能的各种安全隐患。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例的基于图像编码识别的物料动态跟踪系统的结构示意图；
17.图2为本发明实施例的电子虚拟矩阵底盘结构的主视图；
18.图3为本发明实施例的电子虚拟矩阵底盘结构的俯视图；
19.图4为本发明实施例的另一基于图像编码识别的物料动态跟踪系统的结构图；
20.图5为本发明实施例的基于图像编码识别的物料动态跟踪系统的工作原理示意图；
21.图6为本发明实施例的又一基于图像编码识别的物料动态跟踪系统的结构示意图；
22.图7为本发明实施例的基于图像编码识别的物料动态跟踪方法的流程示意图。
具体实施方式
23.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
24.需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
25.本发明实施例实施了一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统，如图1-3所示，其中图1为基于图像编码识别的物料动态跟踪系统的结构示意图，图2为电子虚拟矩阵底盘结构1的主视图，图3为电子虚拟矩阵底盘结构1的俯视图。基于图像编码识别的物料动态跟踪系统包括：电子虚拟矩阵底盘结构1和上位机2，所述电子虚拟矩阵底盘结构1包括：底盘11、承重盘12、设置在所述底盘11与所述承重盘12之间的重量监控装置13、设置在所述底盘11上的中控板15、以及设置在所述承重盘12上方的图像采集单元14；所述中控板15中设置有开关控制器16和与所述上位机2连接的mcu 17，所述承重盘12上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵18，所述灯控点阵18与所述开关控制器16连接；物料放置在所述承重盘12上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码(图未示)，所述开关控制器16和所述重量监控装置13与所述mcu 17连接，所述上位机2根据所述重量监控装置13监测的物料的重量和所述图像采集单元14采集的所述承重盘12上物料的图像进行物料动态跟踪。
26.在本发明实施例中，承重盘12上设置有与所述电子虚拟矩阵对应的纵横交错的标识线19，所述标示线19的交错位置布置有指示灯珠，所述指示灯珠有相应的身份标识。相邻标识线19之间的间距可以为1-5cm。灯控点阵18为灯珠按规则排列形成的阵列，所述灯珠的尺寸不大于3mm，所述电子虚拟矩阵的坐标与各灯珠编号对应。图像采集单元14、mcu 17和上位机2中内置了电子虚拟矩阵的电子图形，并设定了相应坐标对电子虚拟矩阵进行了系统编号，与灯珠编号进行了对应。
27.在本发明实施例中，图像采集单元14可以为内嵌电子虚拟矩阵和高分辨摄像头，所述高分辨摄像头还用于对放置于所述承重盘12上不同位置的物料的物料图形编码进行图像采集，并基于各物料图形编码形成对应的高分辨率图形，将所述物料图形编码转化为物料编码。在本发明的其他实施例中，图像采集单元14也可以为普通的高分辨摄像头，所述上位机2中安装有电子虚拟矩阵及图形一次处理算法，所述上位机2用于根据采集的图像形
成高分辨率图形，识别放置于承重盘12上不同位置的各物料的物料编码。其中高分辨率图形的分辨率为1000pixel-100000pixel。
28.高分辨摄像头的分辨率为720p-4k，具备70-130
°
的广角，能有效对承重盘12上放置于不同位置的物料图形编码进行图像采集，并对单个物料图形编码形成1000pixel-100000pixel分辨率的图形，具备实时刷新功能，每秒钟可以刷新1-20次。其中图形一次处理算法可以是现有的光学字符识别(optical character recognition，ocr)算法，也可以是现有的图像识别算法，在此并不作具体限制。
29.在本发明实施例中，如图4所示，物料动态跟踪系统还包括：与所述上位机2连接的后台数据库系统20，所述后台数据库系统20存储有物料编码库、与电子虚拟矩阵对应的灯控矩阵18中各灯珠的编号及坐标数据、物料编码与电子虚拟矩阵的映射数据、用户账号数据、用户权限数据、监管数据、以及各物料信息等。上位机2中设置有图像编码系统，用于基于预设图像库编码产生大量不同的组合编码，得到物料编码。物料信息包括但不限于：物料编码、系统条码、物质数字识别号码(cas码)、名称、种类、品牌、规格、授权、重量、库存历史、用户信息、登录信息、监管信息、安全信息等相关信息，可以有效囊括物料在管理周期内发生所有的操作信息记录和监管控制信息。物料编码库为50-500个不同的文字、符号、图标、卡通图案或标识符号组成的编码库，使用时将2-6个编码符号随机组合形成物料编码，在后台数据库系统中将该物料编码与后台数据库系统中已经录入的物料进行一一对应关联，将物料编码生成为圆形或正方形标签图形，打印后粘贴到物料的顶部，形成每个物料独有的身份标签标志。
30.在本发明实施例中，工作原理参见图5，承重盘12上的纵横交错的标识线形成的矩阵与电子虚拟矩阵对应，并通过灯控点阵18进行位置指示。放置于承重盘12上的各物料的顶端设置有对应的物料编码，各物料编码存储于物料编码库中。图像采集单元14采集放置有各物料的承重盘12的图像，mcu 17备图像编码识别功能，可以接收图像采集单元14发送的图像数据，应用现有的光学字符识别(optical character recognition，ocr)方法对提交的图像数据进行分析识别，获取物料编码，并生成物料编码与电子虚拟矩阵的映射数据，该映射数据为动态实时更新数据，根据图像采集单元14提交的相关数据进行动态刷新，实现对物料的动态跟踪和监控。图像数据可以是根据图像采集单元14发送的采集的图像或经预处理后的高分辨率图形应用图形一次处理算法根据所述图像识别物料的物料编码，根据内嵌的电子虚拟矩阵以及所述物料编码确定所述物料在所述承重盘12上的坐标。
31.期间承重盘12上设置的纵横交错的标识线19可为图像识别系统提供图形辅助。mcu 17具备图像编码识别功能，可以对图像采集单元14提交的编码图形进行动态实时识别，将相应的图形转换为预设图像库中编码组合形成的物料编码，同时具备图形畸变校正算法，可以有效修正物料处于不同位置及方位引起的图像阴影及角度不正，从而给出物料在承重盘12上相应的坐标，从而实现物料位置的追踪并与物料编码进行准确对应。
32.mcu 17还可以根据上位机2下发参数控制开关控制器16点亮灯控点阵18。重量监控装置13用于监测放置于所述承重盘12上的物料的重量，并上传所述上位机2，以监控承重盘12上的物料重量变化，所有相关信息及数据均可通过上位机2处理后发送到后台数据库系统20。mcu 17与上位机2连接，通过上位机2对不同组成部分产生的数据和指令进行衔接和交互，并通过互联网与后台数据库系统20进行交互。
33.继续参见图4，物料动态跟踪系统还包括：与上位机2连接的身份识别系统21，用于进行用户身份识别。用户在接入物料动态跟踪系统使用时也具有唯一的身份识别号。
34.物料动态跟踪系统还包括：所述上位机无线连接的终端设备3，所述终端设备3中安装的客户端软件，以用于进行用户的身份识别。用户需要使用该物料动态跟踪系统时，可通过终端设备3及相应的用户界面系统进行身份认证后进行相关操作。终端设备3可以为手持式计算机、网络家电、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能眼镜、智能手表、可穿戴设备、虚拟显示设备或显示增强设备、或者数据处理设备中的任何两个或多个的组合。用户通过终端设备3操作仪器设备时，终端设备3需要安装基于android﹑windows或者ios等操作系统的客户端软件，用户登录该物料动态跟踪系统后，该物料动态跟踪系统可以自动生成加密的具有用户身份识别信息的编码。客户端软件可以在线更新，通过发布新的客户端系统，可以实现设备功能﹑操作方式及管理的升级。
35.在本发明实施例中，如图6所示，物料动态跟踪系统还包括：框架结构4，设置在所述框架结构4上的多个电子虚拟矩阵底盘结构1，所述框架结构4的与任一所述电子虚拟矩阵底盘结构1对应的位置设置有档板41，所述档板41上设置有与所述mcu连接的电子锁42；所述mcu检测到任一所述电子锁42开启时，触发与所述电子锁42对应的所述电子虚拟矩阵底盘结构1中的所述重量监控装置和所述图像采集单元工作。框架结构4上还设置有通风结构43，用于与外部环境进行通风。该框架结构还根据物料性质进行防爆处理。设置在电子虚拟矩阵底盘结构1的底盘11中的图像采集单元用于采集下一层的承重盘上物料的图像。
36.设置在框架结构4上的多个电子虚拟矩阵底盘结构1具有相同的结构。每个电子虚拟矩阵底盘结构1的mcu均具有不同的地址，上位机通过地址实现对设置于不同电子虚拟矩阵底盘结构1上的各物料的访问。
37.本发明实施例的基于图像编码识别的物料动态跟踪系统，可实现繁杂化学化工物料及试验物料的自动化及精细化管理，该系统经济高效，适用于终端用户大量不同品种物料管理的需要；能够避免物料管理混乱，降低寻获的困难，可以极大的方便终端用户进行相应的物料管理。数字化精细化的管理可以有效降低物料浪费及环境污染，规避可能的各种安全隐患。
38.综上所述，本发明实施例的基于图像编码识别的物料动态跟踪系统包括：电子虚拟矩阵底盘结构和上位机，所述电子虚拟矩阵底盘结构包括：底盘、承重盘、设置在所述底盘与所述承重盘之间的重量监控装置、以及设置在所述底盘上的图像采集单元和中控板；所述中控板中设置有开关控制器和与所述上位机连接的mcu，所述承重盘上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵，所述灯控点阵与所述开关控制器连接；物料放置在所述承重盘上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码，所述开关控制器和所述重量监控装置与所述mcu连接，所述上位机根据所述重量监控装置监测的物料的重量和所述图像采集单元采集的所述承重盘上物料的图像进行物料动态跟踪，能够进行智能化，并且简便有效、经济可行的物料动态管理，有效降低物料浪费及环境污染，规避可能的各种安全隐患。
39.本发明实施例还提供了一种基于图像编码识别的物料动态跟踪方法，应用于前述的基于图像编码识别的物料动态跟踪系统。如图7所示，基于图像编码识别的物料动态跟踪方法包括：
40.步骤s11：通过图像采集单元采集承重盘上物料的图像。
41.各种物料放置于承重盘上，通过图像采集单元采集承重盘上物料的图像。
42.步骤s12：识别所述图像中的物料图形编码并转化为物料编码，以及各物料在所述承重盘虚拟矩阵上的位置。
43.应用ocr识别技术识别图像中的各物料编码，根据内嵌的电子虚拟矩阵以及所述物料编码确定所述物料在所述承重盘虚拟矩阵上的坐标，获取各物料在承重盘虚拟矩阵上的位置。
44.步骤s13：根据所述物料编码和所述位置更新各物料与预存的电子虚拟矩阵的映射数据。
45.根据所述物料编码和所述位置更新物料编码与电子虚拟矩阵的映射数据，实现对物料的动态跟踪和监控。
46.步骤s14：通过重量监控装置获取放置于所述承重盘上的物料的重量，并根据所述承重盘上的物料的重量更新所述承重盘上的各物料的重量数据。
47.通过重量监控装置对放置于所述承重盘上的物料进行称重，将称取的重量与存储上一次的各物料的重量数据对比，获取各物料的重量变化数据并更新存储的各物料的重量数据。
48.步骤s15：根据更新的所述映射数据、所述重量数据以及存储的物料信息进行所述承重盘上的物料的动态跟踪。
49.根据更新的所述映射数据、所述重量数据以及存储的物料信息获取实时的各物料的所述相关信息，并进行更新存储，从而实现对承重盘上的各物料的动态跟踪。
50.本发明实施例通过图像采集单元采集承重盘上物料的图像；识别所述图像中的物料图形编码并转化为物料编码，以及各物料在所述承重盘虚拟矩阵上的位置；根据所述物料编码和所述位置更新各物料与预存的电子虚拟矩阵的映射数据；通过重量监控装置获取放置于所述承重盘上的物料的重量，并根据所述承重盘上的物料的重量更新所述承重盘上的各物料的重量数据；根据更新的所述映射数据、所述重量数据以及存储的物料信息进行所述承重盘上的物料的动态跟踪，能够进行简便有效、经济可行的物料动态管理，有效降低物料浪费及环境污染，规避可能的各种安全隐患。
51.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
52.本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统，其特征是，所述物料动态跟踪系统包括：电子虚拟矩阵底盘结构和上位机，所述电子虚拟矩阵底盘结构包括：底盘、承重盘、设置在所述底盘与所述承重盘之间的重量监控装置、设置在所述底盘上的中控板、以及设置在所述承重盘上方的图像采集单元；所述中控板中设置有开关控制器和与所述上位机连接的mcu，所述承重盘上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵，所述灯控点阵与开关控制器连接；物料放置在所述承重盘上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码，所述开关控制器和所述重量监控装置与所述mcu连接，所述上位机根据所述重量监控装置监测的物料的重量和所述图像采集单元采集的所述承重盘上物料的图像进行物料动态跟踪。2.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征在于，所述承重盘上设置有与所述电子虚拟矩阵对应的纵横交错的标识线，所述标示线的交错位置布置有指示灯珠。3.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述灯控点阵为灯珠按规则排列形成的阵列，每个灯珠都有唯一编号，所述灯珠的尺寸不大于3mm，所述电子虚拟矩阵的坐标与各灯珠编号对应。4.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述图像采集单元为内嵌电子虚拟矩阵的高分辨摄像头，所述高分辨摄像头还用于对放置于所述承重盘上不同位置的各物料的所述物料图形编码进行图像采集，并将所述物料图形编码转化为物料编码。5.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述图像采集单元为普通的高分辨摄像头，所述上位机中安装有电子虚拟矩阵及图形一次处理算法，所述上位机用于根据采集的图像识别放置于承重盘上不同位置的各物料的物料编码。6.如权利要求4或5所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述物高分辨摄像头的分辨率为720p-4k，具备70-130o的广角。7.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述物料动态跟踪系统还包括：与所述上位机连接的后台数据库系统，所述后台数据库系统存储有物料编码库、与电子虚拟矩阵对应的灯控矩阵中各灯珠的编号及坐标数据、物料编码与电子虚拟矩阵的映射数据、用户账号数据、用户权限数据、监管数据、以及各物料信息。8.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述物料动态跟踪系统还包括：所述上位机无线连接的终端设备，所述终端设备中安装的客户端软件，以用于进行用户的身份识别。9.如权利要求1所述的物料动态跟踪系统，其特征是，所述物料动态跟踪系统还包括：框架结构，设置在所述框架结构上的多个电子虚拟矩阵底盘结构，所述框架结构的与任一所述电子虚拟矩阵底盘结构对应的位置设置有档板，所述档板上设置有与所述mcu连接的电子锁；所述mcu检测到任一所述电子锁开启时，触发与所述电子锁对应的所述电子虚拟矩阵底盘结构中的所述重量监控装置和所述图像采集单元工作。10.一种基于图像编码识别的物料动态跟踪方法，其特征在于，所述物料动态跟踪方法包括：通过图像采集单元采集承重盘上物料的图像；识别所述图像中的物料图形编码并转化为物料编码，以及各物料在所述承重盘虚拟矩阵上的位置；根据所述物料编码和所述位置更新各物料与预存的电子虚拟矩阵的映射数据；
通过重量监控装置获取放置于所述承重盘上的物料的重量，并根据所述承重盘上的物料的重量更新所述承重盘上的各物料的重量数据；根据更新的所述映射数据、所述重量数据以及存储的物料信息进行所述承重盘上的物料的动态跟踪。

技术总结
本发明提供了一种基于图像编码识别的物料动态跟踪系统及方法，系统包括：电子虚拟矩阵底盘结构和上位机，电子虚拟矩阵底盘结构包括：底盘、承重盘、设置在底盘与承重盘之间的重量监控装置、设置在底盘上的中控板、以及设置在承重盘上方的图像采集单元；中控板中设置有开关控制器和与上位机连接的MCU，承重盘上设置有电子虚拟矩阵及对应的灯控点阵，灯控点阵与开关控制器连接；物料放置在承重盘上，盛放物料的容器顶端设置有物料图形编码，开关控制器和重量监控装置与MCU连接。通过以上方式，本发明能够进行智能化，并且简便有效的物料动态管理，从而有效降低物料浪费及环境污染，规避可能的各种安全隐患。可能的各种安全隐患。可能的各种安全隐患。


技术研发人员：陈殷 何小锋
受保护的技术使用者：湖南青普科技有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1