一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法及裝置製造方法
2023-05-06 21:05:31
一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，包括，將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的n個行作為特徵行，並計算n個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標；根據所計算的n個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線；根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。本發明提供一種既可以降低硬體成本，減少信號採集原件的開支，又可以儘量降低算法複雜度實現準確的信息判斷，實現機器人拐彎的方法及裝置。
【專利說明】
一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉機器人視覺伺服控制領域，尤其涉及一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]在移動機器人循跡領域，機器人轉彎策略必不可少，本發明基於直角轉彎。在實際使用時，主要集中於以下幾種方法:(I)基於光纖傳感器，通過主控制器在每個控制周期採集兩個或兩個以上的光纖傳感器的狀態，來得到機器人此時狀態並判斷是否進入轉彎模式；(2)基於雙攝像頭的循跡系統，利用兩個攝像頭傳來的不同圖像，按照一定的規則進行信息處理，得到移動機器人是否要進入轉彎模式。
[0003]對於(I)所述的方法，重點是利用光纖傳感器傳來的狀態量，利用安裝在不同側的傳感器傳過來的不同的信號量，得到此時軌跡信息，從而來得到機器人下一步的運行狀態。其關鍵點在於傳感器信息的獲取以及判斷此時狀態。該方法在沈偉偉的《基於DSP的輪式移動機器人控制系統設計》中描述的較為詳細，但是利用光纖傳感器對於軌跡的顏色有特殊要求，只有在軌跡為白色且和背景顏色區分明顯的場合下才能使用，不適合用於執行複雜任務的移動機器人，同時對於多個光纖傳感器，其布局組合直接影響算法的複雜度。
[0004]對於⑵所述的方法，重點是利用攝像頭獲得圖像信息並通過圖像處理的方法對圖像進行分析比較，提取軌跡信息，控制移動機器人的運行狀態。關鍵點在於兩幀圖像的處理方法，以及相應的軌跡信息合併得到機器人是否要進入轉角狀態。利用兩個攝像頭的信息融合來做判斷，有一定程度上的信息冗餘，影響系統的實時性，同時，所需成本較高。
[0005]需要提供一種既可以降低硬體成本，減少信號採集原件的開支，又可以儘量降低算法複雜度實現準確的信息判斷，實現機器人拐彎。
【發明內容】
[0006]針對以上問題，本發明提供一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，包括，
[0007]步驟1，將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；
[0008]步驟2，在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標；步驟3，根據所計算的η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線；
[0009]步驟4，根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
[0010]進一步地，所述特徵行的縱坐標，與所劃分出的m行的首行縱坐標及末行縱坐標存在線性關係，即，存在整數的特徵行比例係數和整數的首行比例係數，且特徵行比例係數大於首行比例係數，使得末行縱坐標的值加上首行縱坐標與首行比例係數的乘積，可以得到特徵行縱坐標與特徵行比例係數的乘積。
[0011]進一步地，所述特徵行的質心橫坐標的獲取方法為，將所屬於特徵行的像素點的橫坐標累加後再除以像素點的個數，得到特徵行的質心橫坐標。
[0012]進一步地，所述一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，還包括，設定分界線左側目標像素點個數閾值，設定分界線右側目標像素點個數閾值。
[0013]進一步地，所述一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，還包括，
[0014]步驟41，計算特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值；
[0015]步驟42，計算步驟41所得到特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值；
[0016]步驟43，左側目標像素點個數參數乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積，再加上左側目標像素點個數參數，即得到設定的左側目標像素點個數閾值。
[0017]步驟44,右側目標像素點個數參數乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積，再加上右側目標像素點個數參數，即得到設定的右側目標像素點個數閾值。
[0018]更進一步地，所述一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，還包括，
[0019]設定當分界線左側目標像素點多於右側目標像素點時，左側目標像素點差值閾值；
[0020]設定當分界線右側目標像素點多於左側目標像素點時，右側目標像素點差值閾值。
[0021]進一步地，所述一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，還包括，
[0022]當左側目標像素點個數大於左側目標像素點個數閾值，且左側目標像素點個數與右側目標像素點個數的差值大於左側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向左轉彎；
[0023]當右側目標像素點個數大於右側目標像素點個數閾值，且右側目標像素點個數與左側目標像素點個數的差值大於右側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向右轉彎；
[0024]否則，則認為判斷失誤，重新循跡。
[0025]根據本發明的另一方面，還提供一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測裝置，包括，
[0026]計算模塊，用於將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標；根據所計算的η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線；
[0027]判斷模塊，用於根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例共同用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0029]圖1是模擬的一張標本圖像；
[0030]圖2是在標本圖像中擬合分界線圖像；
[0031]圖3是本發明第一實施例基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法的流程圖；
[0032]圖4是基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測裝置模塊圖；
【具體實施方式】
[0033]以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。需要說明的是，只要不構成衝突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特徵可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護範圍之內。
[0034]第一實施例
[0035]附圖1是模擬的一張標本圖像，在圖1中D的方框區域是標本圖像的成像區域，橫線部分是軌跡的成像區域，機器人是在運動方向的朝向上獲取標本圖像，以此標本圖像為例，標本圖像的底部10端為機器人攝像頭近端，標本圖像的頂部20端為機器人攝像頭遠端，按照本發明所述的方法，如附圖3所示的步驟，
[0036]步驟1，將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；即在標本圖像中，從機器人攝像頭遠端20至機器人攝像頭近端10依次劃分為等距的m行，且每行的縱坐標依次為 yl，......，ym。
[0037]步驟2，在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標；原則上η個特徵行的選擇要靠近機器人攝像頭近端，η的取值小於或等於m。
[0038]如圖1所示，Mj為特徵行第j行的質點，(xj, yj)為Mj的質心坐標。特徵行的縱坐標，與所劃分出的m行的首行縱坐標及末行縱坐標存在線性關係，S卩，存在整數的特徵行比例係數和整數的首行比例係數，且特徵行比例係數大於首行比例係數，使得末行縱坐標的值加上首行縱坐標與首行比例係數的乘積，可以得到特徵行縱坐標與特徵行比例係數的乘積。該特徵行的縱坐標可以由以下公式確定:
[0039]C2*yj = ym+Cl*yl
[0040]即yj = (ym+Cl*yl)/C2
[0041]其中，C2為特徵行比例係數，Cl為首行比例係數，Cl，C2的值是實驗經驗值，在實驗中獲取。
[0042]Xj為特徵行的質心橫坐標，將所屬於特徵行的像素點的橫坐標累加後再除以像素點的個數，得到特徵行的質心橫坐標。
[0044](j = I, 2,..., m)
[0045]步驟3，根據所計算的η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線；
[0046]步驟4，根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
[0047]如圖2所示，L為根據η個特徵行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線，G為標本圖像的中線，G直線上每一點的橫坐標都為圖像中心橫坐標Xo，L直線與特徵行的交點為特徵分界點，圖中特徵分界點的橫坐標用Xs表示，按照圖2建立的平面坐標系，Xs >Xo,設左側目標像素點個數閾值為Tl,右側目標像素點個數閾值為T2,T1及Τ2的獲取方法為:
[0048]步驟41，計算特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值(Xs-Xo)；
[0049]步驟42，計算步驟41所得到特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值(Xs-Xo)/Xo ；
[0050]步驟43，設定左側目標像素點個數參數a乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積a* [ (Xs-Xo) /Xo],再加上左側目標像素點個數參數，即得到設定的左側目標像素點個數閾值Tl =a+a*[(Xs-Xo)/Xo]。
[0051]步驟44，設定右側目標像素點個數參數b乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積b* [ (Xs-Xo) /Xo],再加上右側目標像素點個數參數，即得到設定的右側目標像素點個數閾值T2 =b+b*[(Xs-Xo)/Xo]。
[0052]左側目標像素點個數參數a及右側目標像素點個數參數b均是實驗獲取的經驗值。
[0053]設定當分界線左側目標像素點多於右側目標像素點時，左側目標像素點差值閾值為M，設定當分界線右側目標像素點多於左側目標像素點時，右側目標像素點差值閾值為N,其中，左側目標像素點差值閾值M及右側目標像素點差值閾值N均是實驗獲取的經驗值。
[0054]在移動機器人循跡過程中，直角檢測策略一直在運行，實時的對特徵行像素進行掃描，得到兩側的左側的目標像素點個數記為numleft,右側的目標像素點個數記為numright，通過比較參數的大小就可以完成左右轉的判斷。
[0055]當左側目標像素點個數大於左側目標像素點個數閾值，且左側目標像素點個數與右側目標像素點個數的差值大於左側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向左轉彎;
[0056]即，若numleft〉或者 numright〉,且，
[0057]numIef t-numright>M, (Μ 是一個實驗值),則左轉；
[0058]當右側目標像素點個數大於右側目標像素點個數閾值，且右側目標像素點個數與左側目標像素點個數的差值大於右側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向右轉彎;
[0059]即，若numleft〉或者 numright〉,且，
[0060]numright-numIef t>N, (N 是一個實驗值)，則右轉；
[0061]否則，則認為判斷失誤，重新循跡。
[0062]第二實施例
[0063]圖4是基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測裝置模塊圖，下面參照圖4對該實施例進行說明。本發明中，主要包括計算模塊21和判斷模塊22。
[0064]計算模塊21，用於將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行的縱坐標及質心橫坐標；根據所計算的η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線；
[0065]判斷模塊22，用於根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
[0066]本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的單片機裝置來實現，這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。
[0067]雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明。任何本發明所屬【技術領域】內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，包括， 步驟1，將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行； 步驟2，在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標； 步驟3，根據所計算的η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線.步驟4，根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
2.根據權利要求1所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，特徵行的縱坐標，與所劃分出的m行的首行縱坐標及末行縱坐標存在線性關係，SP，存在整數的特徵行比例係數和整數的首行比例係數，且特徵行比例係數大於首行比例係數，使得末行縱坐標的值加上首行縱坐標與首行比例係數的乘積，可以得到特徵行縱坐標與特徵行比例係數的乘積。
3.根據權利要求2所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，所述特徵行的質心橫坐標的獲取方法為，將所屬於特徵行的像素點的橫坐標累加後再除以像素點的個數，得到特徵行的質心橫坐標。
4.根據權利要求3所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，還包括， 設定分界線左側目標像素點個數閾值，設定分界線右側目標像素點個數閾值。
5.根據權利要求5所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，還包括， 步驟41，計算特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值； 步驟42，計算步驟41所得到的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值； 步驟43，左側目標像素點個數參數乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積，再加上左側目標像素點個數參數，即得到設定的左側目標像素點個數閾值。 步驟44，右側目標像素點個數參數乘以步驟42所計算的特徵分界點橫坐標與標本圖像中心橫坐標的差值與標本圖像中心橫坐標的比值所得到的乘積，再加上右側目標像素點個數參數，即得到設定的右側目標像素點個數閾值。
6.根據權利要求4所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，還包括， 設定當分界線左側目標像素點多於右側目標像素點時，左側目標像素點差值閾值； 設定當分界線右側目標像素點多於左側目標像素點時，右側目標像素點差值閾值。
7.根據權利要求6所述的一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測方法，其特徵在於，還包括， 當左側目標像素點個數大於左側目標像素點個數閾值，且左側目標像素點個數與右側目標像素點個數的差值大於左側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向左轉彎; 當右側目標像素點個數大於右側目標像素點個數閾值，且右側目標像素點個數與左側目標像素點個數的差值大於右側目標像素點差值閾值時，則判斷結果為機器人應向右轉彎; 否則，則認為判斷失誤，重新循跡。
8.一種基於單攝像頭的循跡機器人直角轉彎檢測裝置，其特徵在於，包括， 計算模塊，用於將標本圖像中的軌跡成像區域橫向平均劃分m行；在標本圖像中所平均劃分的m行中選擇機器人攝像頭近端成像的η個行作為特徵行，並計算η個特徵行每一行的縱坐標及質心橫坐標；根據所計算的η個特徵行的縱坐標及質心橫坐標擬合目標像素點分界線； 判斷模塊，用於根據分界線左右兩側的目標像素點個數判斷直角轉彎方向。
【文檔編號】G05D1/02GK104238558SQ201410338501
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】董勤波, 張敬良, 王寶磊, 賈慶偉 申請人:寧波韋爾德斯凱勒智能科技有限公司