CN110804836A - 用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置与洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置与洗衣机。其中高光谱成像装置，包括：光谱成像相机，用于拍摄放置于洗衣机内桶中的衣物以及洗涤水的高光谱图像；透明罩，设置于光谱成像相机的拍摄方向的外侧，以使光谱成像相机与洗衣机内桶空间隔离。本发明的高光谱成像装置可以高光谱图像中综合图像数据以及光谱数据，可以准确地确定被洗涤衣物的材质以及洗涤浓度，为洗衣机的自动洗涤提供了检测手段。

Description

用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置与洗衣机

技术领域

本发明涉及洗衣机，特别是涉及一种用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置与洗衣机。

背景技术

随着人们生活水平的提高，以及消费升级的驱动，消费者对于家用电器的定位也在发生着变化，从最初的功能型需求，转变为了对于生活品质的追求。洗衣机从最初的单纯洗衣逐渐转变为家庭洗护中心，这也对智能洗衣机提出了新的挑战，当然，这也为各种智能识别技术在洗衣机产品上的应用提供了契机。利用智能识别技术，在洗衣机上实现衣物的智能化洗护，也已经成为智能洗衣机的发展趋势。

不过由于各类衣物的材质不同，甚至每件衣服也由不同的材质组成，比如说纯棉，麻布，丝绸，化纤，羊毛，羽绒，皮革，混纺，涤纶等等。每种材质所需要的洗涤时间，洗涤强度，洗涤剂用量和漂洗次数等信息都不同，而现有洗衣机只能选择一种洗衣程序，没有充分考虑每种衣物材质对洗涤的需求。在这种情况下，洗衣效果往往不理想，要么过度洗涤造成对水、电、洗涤剂的浪费，要么洗衣不干净。

由于衣物的材质的种类复杂，现有技术中缺乏对衣物材质的识别手段，导致用户在进行洗涤时需要手动选择洗衣模式，影响了用户体验，并且也容易出现因误操作导致衣物磨损或者洗涤不净。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置。

本发明一个进一步的目的是要提高衣物材质的准确性。

本发明另一个进一步的目的是要简化洗衣机的操作，提高用户体验。

特别地，本发明提供了一种用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置，包括：光谱成像相机，用于拍摄放置于洗衣机内桶中的衣物以及洗涤水的高光谱图像；

透明罩，设置于光谱成像相机的拍摄方向的外侧，以使光谱成像相机与洗衣机内桶空间隔离。

可选地，透明罩朝外一侧涂有超疏水纳米涂层，以避免在透明罩表面出现影响高光谱成像装置拍摄效果的水渍。

可选地，超疏水纳米涂层由丙烯酸聚氨酯制成。

可选地，上述高光谱成像装置包括：宽光谱光源，与光谱成像相机对应设置，用于为光谱成像相机提供拍摄光线。

可选地，宽光谱光源包括：集成式LED，集成式LED的发光光谱范围设置为达到400至2400nm。集成式LED设置于光谱成像相机的周围，并由透明罩遮蔽。

可选地，上述高光谱成像装置还包括：图像分析装置，配置成根据光谱成像相机拍摄的衣物高光谱图像确定衣物的材质，以供洗衣机确定与衣物相符的洗涤方案；以及根据光谱成像相机拍摄的洗涤水高光谱图像确定洗涤水中洗涤剂的含量，以供洗衣机确定完成漂洗。

可选地，图像分析装置，还配置成从光谱成像相机拍摄的高光谱数据中提取出图像特征信息和特征光谱信息，并利用图像特征信息和特征光谱信息进行特征识别，确定出衣物的材质或洗涤水中洗涤剂的含量。

特别地，本发明还提供了一种洗衣机，其包括：外桶，用于容纳洗衣水；内桶，可旋转地设置在外桶中以供容纳衣物，内桶的前部具有供衣物放入的开口；上述任一种高光谱成像装置。

可选地，上述高光谱成像装置包括：门体，用于封闭所述开口；并且高光谱成像装置安装于外桶靠近所述门体的位置处。

本发明的高光谱成像装置，利用光谱成像相机，拍摄放置于洗衣机内桶中的衣物以及洗涤水的高光谱图像，由于高光谱图像中综合图像数据以及光谱数据，可以准确地确定被洗涤衣物的材质，确定出的洗涤方案与被洗涤衣物相适应，洗涤方案的针对性更强，提高了洗涤效率，而且在保证洗涤干净的前提下，有效地减少衣物的洗涤磨损造成的损伤。并且高光谱图像还可以结合化学计量学算法确定洗涤水内的洗涤浓度，可以用于判断漂洗结果。

进一步地，本发明的高光谱成像装置，设置了涂有超疏水纳米涂层的透明罩，对高光谱成像装置进行保护；并且利用宽光谱光源提供了拍摄所需的宽光谱光线。

更进一步地，本发明的洗衣机，利用图像分析装置根据高光谱图像配置洗涤方案，综合利用图像特征信息和特征光谱信息，还可以对具有不同材质的待洗涤衣物进行处理，提高了洗衣机的使用体验。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的高光谱成像装置的示意框图；

图2是根据本发明一个实施例的高光谱成像装置的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的洗衣机的外形示意图；

图4是根据本发明一个实施例的洗衣机的内部结构示意图；以及

图5是根据本发明一个实施例的洗衣机的控制示意框图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的高光谱成像装置200的示意框图，图2是根据本发明一个实施例的高光谱成像装置200的结构示意图。本实施例的高光谱成像装置200一般性地可以包括：光谱成像相机230、透明罩210、宽光谱光源220、图像分析装置300。

光谱成像相机230，用于拍摄放置于洗衣机内桶中的衣物以及洗涤水的高光谱图像。光谱成像相机230拍摄的高光谱图像可以包括图像数据以及光谱数据，例如每个像素点可以包括该像素的图像像素元素以及光谱波长元素，也即每个像素点为一个多元数据组，其包括多个图像像素元素数据和一组光谱波长元素。因此高光谱数据同时获得每个像素点的连续光谱数据和每个光谱波段的连续图像数据。高光谱图像是连续波长的光学图像，光谱范围可以设置为200nm到2500nm，具有更高的光谱分辨率，分辨率可达到2～3nm。在本实施例中，为了满足衣物材质的识别要求，高光谱图像的光谱范围可以设置为1200至2400nm。

透明罩210，设置于光谱成像相机230的拍摄方向的外侧，以使光谱成像相机230与洗衣机内桶空间隔离，从而保护光谱成像相机230。透明罩210朝向内桶的一侧涂有超疏水纳米涂层，以避免出现影响高光谱成像装置200拍摄效果的水渍。该超疏水纳米涂层可以主要基于丙烯酸聚氨酯制备，耐磨性佳，力学性能优异，对强酸、强碱性介质都具有良好的耐受性；在实验阶段，该超疏水纳米涂层经砂纸打磨300次后接触角仍大于150°，疏水效果较好。

利用超疏水纳米涂层，透明罩210不会形成水渍积聚，满足了光谱成像相机230在洗衣机内拍摄的要求。

由于洗衣机10内部的光线不能满足拍摄要求，上述洗衣机10还包括：宽光谱光源220，也设置于开口的上部，用于为高光谱成像装置200提供拍摄光线。

图4是是根据本发明一个实施例的自动洗涤的洗衣机10的中高光谱成像装置200与宽光谱光源220的配合示意图。该宽光谱光源220可以包括：集成式LED，集成式LED的发光光谱范围设置为达到400至2400nm。在本实施例中，可以设置一个或多个集成式LED(图中示出了4个，但在实际应用时，可以根据光线要求设置具体的数量)，例如集成式LED可以设置于高光谱成像装置200的周围，并由透明罩210遮蔽。

在另一些实施例中，宽光谱光源220也可以与高光谱成像装置200分别独立设置，例如放置在洗衣机门体上部的两侧。

图像分析装置300可以配置成根据光谱成像相机230拍摄的衣物高光谱图像确定衣物的材质，以供洗衣机确定与衣物相符的洗涤方案；以及根据光谱成像相机230拍摄的洗涤水高光谱图像确定洗涤水中洗涤剂的含量，以供洗衣机确定完成漂洗。

图像分析装置300还可以配置成从光谱成像相机230拍摄的高光谱数据中提取出图像特征信息和特征光谱信息，并利用图像特征信息和特征光谱信息进行特征识别，确定出待洗涤衣物的材质或洗涤水中洗涤剂的含量。

特别地，本发明还提供了一种洗衣机，该洗衣机可以使用上述任一种实施例的高光谱成像装置200进行衣物材质识别，以及洗涤剂浓度检测，以下对上述高光谱成像装置200在洗衣机的安装结构以及运行过程进行介绍。图3是根据本发明一个实施例的洗衣机10的外形示意图，图4是根据本发明一个实施例的洗衣机10的内部结构示意图，以及图5是根据本发明一个实施例的洗衣机10的控制示意框图。

本实施例的洗衣机10一般性地可以包括：外桶110、内桶120、高光谱成像装置200、图像分析装置300、洗涤执行***400。本实施例的洗衣机10以前装式滚筒洗衣机为例进行介绍，由于其他构造的洗衣机一般仅在内桶120、外桶110构造、支承方式等方面具有区别，但工作原理和其他结构基本一致，本领域的普通技术人员在了解前装式滚筒洗衣机应用本实施例的方案的基础上，有能力将本实施例的方案应用于其他构造的洗衣机。

洗衣机10的外桶110用于容纳洗衣水；内桶120可旋转地设置在外桶110中，以供容纳待洗涤衣物。内桶120的前部可以具有供衣物放入的开口。内桶120内部具有多条举升筋，由电机430及传动机构的带动，有规律地旋转，使得待洗涤衣物在内桶120中翻滚揉搓，实现洗净目的。洗衣机10可以受控完成进水、投放洗涤剂、洗涤、加温、漂洗、排水、脱水等洗涤动作。由于具体的洗涤结构为本领域技术人员所习知，在此不做赘述。

由于洗涤衣物的材质越来越丰富，而每种材质的洗涤衣物由于材质的特性，导致对洗涤要求不同(例如洗涤时间、洗涤强度、洗涤剂添加量、漂洗次数、脱水强度的要求不同)。传统的由用户从预设的洗涤模式中选择的洗涤控制方式已经无法满足用户的需求。本实施例的洗衣机10，利用该高光谱成像装置200的光谱成像相机230对内桶120的衣物放置区进行拍摄，图像分析装置300根据拍摄得到的高光谱图像分析得出洗涤方案，准确地确定被洗涤衣物的材质，确定出的洗涤方案与被洗涤衣物相适应，洗涤方案的针对性更强，提高了洗涤效率，而且在保证洗涤干净的前提下，有效地减少衣物的洗涤磨损造成的损伤。

高光谱成像装置200可以设置于开口的上部(也即门体130的内侧的上部)，其拍摄方向配置成朝向内桶120的衣物放置区(也即内桶120的中下部区域)，并配置成拍摄得到待洗涤衣物的高光谱图像。

一种可选地布置结构为：高光谱成像装置200安装于外桶110靠近门体130的位置处，并且该安装位置处还设置透明罩210，以使光谱成像相机230与内桶120空间隔离。宽光谱光源220，也可设置于开口的上部，用于提供拍摄光线。

图像分析装置300可根据高光谱图像配置洗涤方案。洗涤方案可以包括洗涤剂投放装置410投放的洗涤剂的种类、投放量、投放时机、放水量、放水时机、驱动电机430在洗涤过程的各阶段的转速，也即洗涤方案可以规定洗涤时间，洗涤强度，洗涤剂添加量、洗涤剂类型、漂洗次数等洗涤参数。

图像分析装置300的分析过程可以为：从高光谱成像装置200拍摄的高光谱数据中提取出图像特征信息和特征光谱信息；根据图像特征信息和特征光谱信息进行衣物材质特征识别，确定出待洗涤衣物的材质；根据待洗涤衣物的材质确定出对应的洗涤方案。衣物材质中不同分子基团的吸收峰位置和强度都不同，通过分析分子振动反射光信息，联合化学计量学算法进行材质识别，可以得到衣物材质信息和不同材质的含量信息。

例如高光谱数据的特征光谱信息可以包括光谱数据的特征峰，并且可以使用预设的材质识别模型对光谱数据的特征峰进行识别，得到光谱数据的特征峰对应的材质类型，其中材质识别模型预先根据各种衣物材质以及对应的光谱数据的特征峰训练得出(可以分别利用羊毛、棉织品、混纺、蚕丝、涤纶、锦纶、麻织物等等各种材质及其光谱数据结合化学计量学算法，可以形成训练样本)。例如：纯棉材质的光谱特征峰为1950nm；化纤面料的光谱特征峰为1400nm。

由于待洗涤衣物可能为多件，其材质也可能为多种，图像分析装置300还可以使用神经网络算法对待洗涤衣物的高光谱数据中的图像特征进行判别，确定待洗涤衣物的材质种类数量；从而分别提取各种材质的待洗涤衣物的高光谱图像的特征信息。

在待洗涤衣物包含多种材质的情况下，图像分析装置300可以分别确定多种材质对应的洗涤方案，并从多种材质的对应的洗涤方案选择出备选洗涤方案。选择出备选洗涤方案为对各种待洗涤衣物损伤最小的方案或者洗涤时间最短的方案。

为了解决同时放入多件衣物，导致部分衣物被遮挡的问题，可以在放入衣物后，驱动内桶120旋转预定角度，高光谱成像装置200拍摄多次高光谱图像，得到多组高光谱图像，分别进行衣物材质识别，从而得到所有衣物材质识别结果。

由于部分材质的衣物不能混洗，例如真丝材质与部分化纤材质的清洗要求不同，同时洗涤并不能满足所有衣物清洁，还有可能损坏衣物。因此在图像分析装置300确定出待洗涤衣物的材质不适宜同时清洗或者无法确定出备涤方案的情况下还可以输出提示信息，以提示用户进行干预。

本实施例的洗衣机10还可以设置有显示屏500，该显示屏500可以用于输出与洗涤方案相对应的界面，例如输出上述提示信息，该提示信息可以包括不能同时洗涤的衣物材质信息，提醒用户取出衣物的操作提示等。

洗涤执行***400可以包括用于在洗涤过程中向外桶110内投放洗涤剂的洗涤剂投放装置410、用于在洗涤过程中向外桶110内放水的进水装置420、用于驱动内桶120旋转驱动电机430、排水装置440等。洗涤执行***400可以执行图像分析装置300确定出洗涤方案，自动完成洗涤过程。

在确定洗涤方案后，洗涤剂投放装置410受控按照初始投放量投放洗涤剂；高光谱成像装置200启动对洗涤混合液进行拍摄，并根据洗涤混合液的高光谱图像特征信息确定洗涤混合液中的洗涤剂浓度；在洗涤混合液中的洗涤剂浓度低于洗涤目标浓度的情况下，控制洗涤剂投放装置增加洗涤剂的投放量。

图像分析装置300根据洗涤混合液的高光谱图像特征信息确定洗涤混合液的洗涤剂浓度的步骤包括：在洗涤混合液的高光谱图像的不同区域选择多个像素点，分别获取多个像素点的光谱数据；提取多个像素点的光谱数据的光谱曲线；使用预设的洗涤剂浓度检测模型对多个像素点的光谱数据的光谱曲线分别进行识别，得到多个像素点处对应的洗涤剂浓度，其中洗涤剂浓度检测模型预先不同洗涤剂浓度的洗涤混合液的光谱曲线训练得出；使用化学计量学算法对多个像素点处对应的洗涤剂浓度进行综合判定，得出洗涤混合液的洗涤剂浓度。

在洗衣机完成漂洗后，高光谱成像装置200还可对漂洗废液进行拍摄，并获取高光谱成像装置200拍摄得到漂洗废液的高光谱图像；图像分析装置300根据漂洗废液的高光谱图像特征信息确定漂洗废液中的洗涤剂浓度；在漂洗废液中的洗涤剂浓度高于漂洗目标浓度的情况下，控制洗衣机重新进行漂洗。

图像分析装置300分析漂洗废液中的洗涤剂浓度的具体方法与确定洗涤混合液的洗涤剂浓度基本相同，再此不做赘述。

高光谱成像装置200通过洗涤剂的含量(浓度)可以使得洗涤条件更加符合衣物材质的要求，并且可以通过洗涤废液的洗涤剂浓度确定是否清洗干净，进一步提高了洗涤效果。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于检测洗衣机内衣物的高光谱成像装置，包括：

光谱成像相机，用于拍摄放置于洗衣机内桶中的衣物以及洗涤水的高光谱图像；

透明罩，设置于所述光谱成像相机的拍摄方向的外侧，以使所述光谱成像相机与所述洗衣机内桶空间隔离。

2.根据权利要求1所述的高光谱成像装置，其中

所述透明罩朝外一侧涂有超疏水纳米涂层，以避免在所述透明罩表面出现影响所述高光谱成像装置拍摄效果的水渍。

3.根据权利要求2所述的高光谱成像装置，其中

所述超疏水纳米涂层由丙烯酸聚氨酯制成。

4.根据权利要求1所述的高光谱成像装置，还包括：

宽光谱光源，与所述光谱成像相机对应设置，用于为所述光谱成像相机提供拍摄光线。

5.根据权利要求4所述的高光谱成像装置，其中

所述宽光谱光源包括：集成式LED，所述集成式LED的发光光谱范围设置为达到400至2400nm。

6.根据权利要求5所述的高光谱成像装置，其中

所述集成式LED设置于所述光谱成像相机的周围，并由所述透明罩遮蔽。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的高光谱成像装置，还包括：

图像分析装置，配置成根据所述光谱成像相机拍摄的衣物高光谱图像确定所述衣物的材质，以供所述洗衣机确定与所述衣物相符的洗涤方案；以及根据所述光谱成像相机拍摄的洗涤水高光谱图像确定所述洗涤水中洗涤剂的含量，以供所述洗衣机确定完成漂洗。

8.根据权利要求7所述的高光谱成像装置，其中

所述图像分析装置，还配置成从所述光谱成像相机拍摄的高光谱数据中提取出图像特征信息和特征光谱信息，并利用所述图像特征信息和特征光谱信息进行特征识别，确定出所述衣物的材质或所述洗涤水中洗涤剂的含量。

9.一种洗衣机，包括：

外桶，用于容纳洗衣水；

内桶，可旋转地设置在所述外桶中以供容纳衣物，所述内桶的前部具有供所述衣物放入的开口；以及

根据权利要求1至8中任一项所述的高光谱成像装置。

10.根据权利要求9所述的洗衣机，还包括：

门体，用于封闭所述开口；并且

所述高光谱成像装置安装于所述外桶靠近所述门体的位置处。

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