劉 卓 張苓苓 張毅坤 王 娜 張 娟

(1.西安計(jì)量技術(shù)研究院，西安 710068；2.西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710018)

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商品過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

劉 卓1張苓苓2張毅坤2王 娜2張 娟1

(1.西安計(jì)量技術(shù)研究院，西安 710068；2.西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710018)

商品過(guò)度包裝與我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)是完全相悖的。針對(duì)目前過(guò)度包裝檢測(cè)難的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種包含三維數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集、體積計(jì)算、空隙率計(jì)算與過(guò)度包裝判定、檢測(cè)信息查詢與發(fā)布為一體的商品過(guò)度包裝智能檢測(cè)系統(tǒng)，以先進(jìn)、可信的技術(shù)手段解決商品過(guò)度包裝檢測(cè)難的問(wèn)題。

過(guò)度包裝；自動(dòng)檢測(cè)；包裝空隙率；B/S架構(gòu)

0 引言

目前，雖然國(guó)家亟待制定和完善防止過(guò)度包裝的法律法規(guī)，但是依然需要堅(jiān)持科學(xué)的態(tài)度和方法[1]。質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)當(dāng)前只能采用手工測(cè)量+經(jīng)驗(yàn)評(píng)估+計(jì)算推理得出商品是否存在過(guò)度包裝[2]。使用鋼直尺或游標(biāo)卡尺測(cè)量商品外包裝和初始包裝的外切最小包裝體積的方法，隨著商品包裝日常計(jì)量檢驗(yàn)、執(zhí)法檢查工作的深入開(kāi)展，空隙率的判定相對(duì)困難和復(fù)雜。

在政府與民眾一片遏制商品過(guò)度包裝的呼聲下，如何在形形色色的商品包裝中、在各式各樣的產(chǎn)品形狀下，采用何種技術(shù)手段，能夠快速、有效、較為準(zhǔn)確地確認(rèn)是否存在商品銷售過(guò)程中的過(guò)度包裝，就成為擺在廣大消費(fèi)者和質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)面前，至今沒(méi)有較好解決的一道難題。本研究就是在這樣的背景前提下提出的，集計(jì)量檢測(cè)、信息查詢與發(fā)布為一體的商品過(guò)度包裝智能檢測(cè)系統(tǒng)[3]。

1 商品過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文提出一種新的過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，這種檢測(cè)系統(tǒng)從對(duì)商品包裝及商品本身進(jìn)行三維掃描出發(fā)，通過(guò)圖像數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)提取與處理、形態(tài)模糊識(shí)別、實(shí)體體積規(guī)范換算、空隙率運(yùn)算比等得到檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而判定是否屬于過(guò)度包裝范圍，同時(shí)包含后續(xù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的審核與簽發(fā)、信息查詢與發(fā)布等功能的自動(dòng)化過(guò)度包裝檢測(cè)過(guò)程的研究，達(dá)到實(shí)現(xiàn)基于三維掃描的商品過(guò)度包裝一體化檢測(cè)?？傮w架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.1 B/S架構(gòu)

本系統(tǒng)采用基于B/S的架構(gòu)。B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。用戶工作界面通過(guò)WWW瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實(shí)現(xiàn)。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，降低了用戶的總體成本(TCO)。

數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)能夠便捷、高效地完成對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)流程的自動(dòng)化以及對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)督；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)維護(hù)、查詢、統(tǒng)計(jì)；同時(shí)提高信息數(shù)據(jù)處理，原始記錄打印、證書(shū)打印等管理方面的工作，最大限度的提升整體業(yè)務(wù)素質(zhì)，提高管理水平，實(shí)現(xiàn)全面的質(zhì)量管理。

1.2 三層結(jié)構(gòu)模型

本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模型。即：表現(xiàn)層(UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(BLL)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(DAL)。表現(xiàn)層提供給用戶一個(gè)視覺(jué)上的界面，用戶可輸入數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù),同時(shí)也提供一定的安全性；邏輯層是表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)層的橋梁，它響應(yīng)界面層的用戶請(qǐng)求，執(zhí)行任務(wù)并從數(shù)據(jù)層抓取數(shù)據(jù)，將必要的數(shù)據(jù)傳送給界面層；數(shù)據(jù)層定義、維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性、安全性，它響應(yīng)邏輯層的請(qǐng)求。訪問(wèn)數(shù)據(jù)采用三層結(jié)構(gòu)減少了應(yīng)用系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)和維護(hù)期的開(kāi)銷，應(yīng)用系統(tǒng)的安裝與升級(jí)更加容易，系統(tǒng)的可伸縮性得到了加強(qiáng)。

1.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，數(shù)據(jù)上傳必須經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證，從智能終端接收檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，整個(gè)傳輸過(guò)程通過(guò)加密算法進(jìn)行密文傳送，服務(wù)程序接收到加密數(shù)據(jù)通過(guò)解密后保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)由管理平臺(tái)程序?qū)崟r(shí)處理顯示。

2 商品過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于三維掃描的商品過(guò)度包裝智能檢測(cè)過(guò)程包含了三維掃描、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、異類形體包裝體積智能換算，以及包裝空隙率運(yùn)算與是否過(guò)度包裝判定等基本環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的軟件功能模塊如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件功能模塊

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員使用前端三維掃描儀在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)待檢物品進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，通過(guò)該系統(tǒng)的手持智能客戶端使用一定的算法對(duì)三維掃描儀輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，抽取有效的三維數(shù)據(jù)(例長(zhǎng)、寬、高、直徑等)，再設(shè)定空隙率系數(shù)，計(jì)算當(dāng)前物體的空隙率，判斷當(dāng)前商品是否屬于過(guò)度包裝范圍，將商品的相關(guān)信息及檢測(cè)結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器。檢測(cè)中心的管理人員通過(guò)綜合管理平臺(tái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)查詢并打印證書(shū)。

2.1 三維數(shù)據(jù)提取

攝像機(jī)經(jīng)過(guò)標(biāo)定[4]后就可以對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行拍攝，待測(cè)包裝體在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)一周，采取視頻拍攝機(jī)制，拍攝過(guò)程中激光始終打在物體上。使用OpenCv的cvQueryFrame功能將拍攝視頻按幀數(shù)進(jìn)行分割，然后對(duì)采集的圖像進(jìn)行線性提取，找到激光點(diǎn)。攝像機(jī)拍攝視頻提取幀如圖3所示。

圖3 攝像機(jī)拍攝視頻提取幀

攝像機(jī)單幅拍攝只能得到物體一個(gè)角度的信息,因此為了得到待測(cè)物體表面完整的三維數(shù)據(jù)信息,要使用攝像機(jī)對(duì)物體多角度拍攝。本實(shí)驗(yàn)中采取將待測(cè)物體放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)固定，物體在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的帶動(dòng)下完成360度旋轉(zhuǎn)的過(guò)程。

轉(zhuǎn)軸標(biāo)定后，被測(cè)物體在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)一周，視頻分解成40幅圖片，對(duì)每一幅圖片進(jìn)行激光線提取，得到坐標(biāo)后，利用旋轉(zhuǎn)逆向思維，分別計(jì)算每組坐標(biāo)在一定角度下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將得到坐標(biāo)拼接成完整的三維點(diǎn)云[5]。被測(cè)物體點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接如圖4所示。

圖4 被測(cè)物體點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接

2.2 過(guò)度包裝判定方法

2009年4 月，國(guó)家質(zhì)檢總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委批準(zhǔn)發(fā)布了《限制商品過(guò)度包裝要求食品和化妝品》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)自2010年4 月1 日起開(kāi)始實(shí)施。

表1 空隙率判斷標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算公式

根據(jù)國(guó)標(biāo)JJF 1244—2010限制食品及化妝品過(guò)度包裝要求(見(jiàn)表1所示)，該系統(tǒng)中包裝空隙率計(jì)算方法如下：

(1)

式中：X為包裝空隙率；V0為商品銷售包裝體積，指商品銷售包裝(不含提手、扣件、綁繩等配件)的外切最小立方體體積；Vn為商品初始包裝的總體積，商品初始包裝體積指商品初始包裝的外切最小立方體體積；k為商品必要空間系數(shù)。商品的必要的空間體積指用于保護(hù)或固定各產(chǎn)品初始包裝所需要的空間，在JJF 1244—2010標(biāo)準(zhǔn)中，k值為0.6。

根據(jù)三維重建得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到外切最小多邊形體積，再基于以上計(jì)算得出的商品包裝的空隙率，就可依據(jù)國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行商品是否存在過(guò)度包裝的判定。

3 過(guò)度包裝智能檢測(cè)系統(tǒng)主要界面

過(guò)度包裝智能檢測(cè)平臺(tái)，控制攝像機(jī)開(kāi)啟與視頻處理，提取三維數(shù)據(jù)并計(jì)算空隙率，其主要界面如圖5所示。

圖5 商品過(guò)度包裝檢測(cè)終端界面

4 結(jié)束語(yǔ)

本方法是從技術(shù)角度提供了一種確定包裝體積是否過(guò)度包裝的手段，而其它諸如包裝材料、包裝質(zhì)量等方面的綜合考量還需專業(yè)技術(shù)人員確認(rèn)。

基于三維掃描的商品過(guò)度包裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究，可有效地解決質(zhì)監(jiān)一線計(jì)量檢驗(yàn)人員與執(zhí)法人員在過(guò)度包裝商品日常檢驗(yàn)、檢查過(guò)程中遇到的檢測(cè)數(shù)據(jù)的獲取、處理、判定、管理方面難以準(zhǔn)確、快速判定的問(wèn)題,可促進(jìn)以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、高精尖設(shè)備及信息化系統(tǒng)為支撐的質(zhì)監(jiān)工作新模式的有效開(kāi)展，可為保障廣大消費(fèi)者利益、節(jié)約資源、減少浪費(fèi)、環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。所以，該項(xiàng)目的研究不僅具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

[1] 史慶平.遏制過(guò)度包裝需要多管齊下[N].中國(guó)新聞出版報(bào),2012-02-22007

[2] 徐晶卉.檢測(cè)工程師 兩把尺"丈量"過(guò)度包裝[N].文匯報(bào)，2013.02.05

[3] 王凱.過(guò)度包裝商品智能檢測(cè)裝置的研制[N].計(jì)量技術(shù)，2014(06)

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[5] 施瑞奈爾.OpenGL編程指南 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

陜西省工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2014K05-33)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.08