李鸾 董宇波 刘畅 王文华 赵建华

摘 要：针对传统垃圾分类耗时、费力、效率低下等问题，文中设计了一款通过图像识别进行生活垃圾分类的分类装置。产品以“专注环保，不懈追求”为理念，借助基于AI的自动分类垃圾桶识别垃圾种类，通过垃圾集中自动分拣装置分拣，避免二次分拣混装混投，实现了良好的经济收益与社会效益。

关键词：垃圾分类;图像识别

1 作品简介

本产品通过AI图像识别实现对生活垃圾的自动分类。产品由输送带、四分类垃圾桶（含有毒垃圾，大型）、树莓派、OpenMv（摄像头）、垃圾桶（分上下桶体，小型）、伺服电机、四颜色垃圾袋组成。系统包含基于AI的自动分类垃圾桶和垃圾集中自动分拣装置，其中基于AI的自动分类垃圾桶分为中小型垃圾桶，适用家庭、商场;垃圾集中自动分拣装置为大型处理装置，适用于社区中心等便捷投放垃圾的位置。基于AI的自动分类垃圾桶可识别可回收垃圾、有毒垃圾和不可回收垃圾;垃圾集中自动分拣装置可分拣可回收垃圾、有毒垃圾、厨余垃圾和不可回收垃圾，并配备相应颜色的垃圾袋。分类后只需联系公司清运即可，无需二次分拣且可避免混装混放。

2 工作原理

将树莓派的摄像头模块用于机器视觉进行运动检测，运动检测帧差值过大时识别出物体被投入;处理图像时使用base64编码，为批量处理图像进行匹配，本产品调用百度AI开放平台的API接口;根据应用场景的不同，在判断物体分类时需采集海量图片进行检测对比，因此需在使用前创建数据集并将识别类型图片打标签，对每个模型进行超100 000次的训练以保证校验效果;用户投放垃圾后使用EasyDL模糊算法AutoDL Transfer计算与数据集中图片的相似度;调用树莓派GPIO控制底桶转动到相应角度，伺服电机旋转将物体投入相似度最高区域。工作流程如图1所示。

投放口内侧设有图像采集摄像头，定时采集垃圾袋颜色信息并处理，每种特定的颜色对应一种垃圾类别，通过CPU（控制器）判断后计算输送时间，投放的垃圾随输送带传输至相应类别垃圾桶处，CPU发送指令将该垃圾袋推入垃圾桶。

3 创新点

系统具有三大核心创新点：

（1）技术创新：基于机器视觉自动分类，采用特定的拓展算法联合神经网络解决了识别准确率不高、库需求量大的问题，取代传统的人工分类方式，无需二次分拣。

（2）模式创新：将不同垃圾模型特征参数等数据库布署到云端，引申出API后只需本地联网即可使用，可解决存储芯片耗资大、计算速度因识别种类增多受限等问题。

（3）流程创新：从垃圾产生处自动分类，将分好的垃圾经特定收集装置运输到回收工厂，形成系统的垃圾处理流程。

其他特点：使用树莓派结合人工智能技术，控制执行机构自动调整工作区间，类型匹配度达94.3%;社区运输分拣设备采用模块化设计，扩展性强，可根据社区的不同需求开发不同类型的运输分拣设备;采用居家垃圾桶加社区分拣设备双管齐下方式，实现垃圾分类与运输的良好衔接;集识别和分类于一体，具有效率高、造价低、能耗低、工作性能稳定等优点。

4 市场前景

垃圾分类从投放、收集、运输到处理，全流程必须配备相应设备和设施。环境司南研报指出，随着强制垃圾分类政策的不断推进，国内有望出现第一波静脉产业发展井噴期。2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施，根据规定，个人或单位未按规定分类投放垃圾都将面临处罚。据悉，7月1日当天上海就开出了623张整改单，意味着乱“放”垃圾不仅会被罚款，甚至还会影响到个人信用。与此同时，全国多地也陆续进入垃圾分类“强制时代”。随着政府的大力宣传与引导、社会经济水平的不断提高、人们环保意识逐渐增强，对于生活质量的要求在逐步提升，而生活垃圾无害化处理方式也越发先进。本产品从源头上实现了生活垃圾的无害化、资源化、减量化，能从根本上解决垃圾围城的困境，代表了未来垃圾处理的趋势，市场前景广阔。