CN105204505A - 一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法，通过在扫地机器人上安装定位模块、控制点与定位服务器相结合，使其可以到达室内(外)基于设定线路或人工遥控下的任意位置，并在完成对室内(外)环境全方位扫描的同时，获取扫地机器人运动过程中的时空坐标。在此基础上，在机器人上加装数字摄像机及云台，同步拍摄视频，与位置信息相融合导入视频地图服务器，从而自动完成室内(外)视频地图绘制，有效降低人工采集数据的劳动强度。上述方法与系统同样适用于室内、外环境，其差别仅在于所采用的室内、外定位系统有所不同。

Description

一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法

技术领域

本发明涉及空间信息技术，尤其涉及一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法。

背景技术

目前运动视频拍摄，多依靠人工，由于缺乏精确导航能力，难以实现基于位置、路径的视频采集。同时，拍摄的视频缺乏空间坐标，难以在空间数据库中存储、查询并制作视频地图。

扫地机器人已广泛投入使用，通过感应器，侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，自行转弯并依不同规则设定，通过不同路线行走，全面覆盖区域。通过电磁脉冲自动扫描或超声波反射等方式，机器人会自动形成房间的关键信息，如房间面积和结构，然后根据自己所处的位置和房屋的结构自动制定行走计划，配合机身设定控制路径，在室内反复行走，如沿边、集中、随机、直线行走等。

专利申请号201310695141.5提供了“一种基于GIS的城市海量监控视频管理方法及系统”，本申请正是以上述专利为基础，结合扫地机器人、数字摄像机、定位服务器，进一步提供了一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法。

发明内容

本专利提供一种对室内(外)进行全面扫描，自动绘制视频地图的扫地机器人室内(外)定位视频记录和制图的系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，包括：

扫地机器人，所述扫地机器人通过感应器侦测障碍物，自行转弯移动，并实现对室内(外)的全面覆盖；

定位模块，所述定位模块安装于所述扫地机器人上，用于与定位服务器和控制点相结合，对室内(外)开展基于设定线路或人工控制下的全方位扫描；

控制点，所述控制点安装于室内(外)关键位置，所述控制点与所述定位服务器和所述定位模块进行实时通讯，用于动态获取机器人的空间信息，并可实现基于位置及路线的导航运动；

定位服务器，所述定位服务器信号连接于所述定位模块及控制点，且以三点定位为基础，通过内置程序计算所述定位模块和控制点的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中的时空坐标及行走路线；

数字摄像机，所述数字摄像机用于同步拍摄视频，且与位置信息相融合，导入视频地图服务器，在实际中，所述数字摄像机可以采用云台式高清摄像机或者全景摄像机；

视频地图服务器，所述视频地图服务器提供基于GIS的监控视频管理系统，对获取的定位视频加以处理，从而自动完成室内(外)视频地图的绘制。

在一些实施例中，还包括安装于扫地机器人上的云台，所述云台在扫地机器人上可上下升降、水平旋转，用于对室内(外)扫描拍摄，所述云台、数字摄像机、云台式高清摄像机或全景摄像机，共用扫地机器人的电源及通信系统。

在一些实施例中，还包括安装于扫地机器人上且信号连接于定位服务器的惯性传感器定位模块，所述惯性传感器定位模块根据机器人的初始位置，通过惯性变换获取数据，加入模型算法，跟踪所述扫地机器人的位置变化，进行辅助导航，弥补或校正其他空间定位方式的不足。

具体地，所述惯性传感器定位模块包括加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器以及其他惯性传感器。

具体地，所述数字摄像机通过无线电数据链、WIFI或数据卡等方式，将同步拍摄的视频导入视频地图服务器。

具体地，定位模块、定位服务器及控制点通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等室外定位方法以及伪卫星、无线局域网、射频标签、超宽带无线电、超声波等室内定位方法中的一种或多种以及其他人工测度方式来获取机器人运动之空间位置信息。

另外，本发明还提供了一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法，包括下述步骤：

所述扫地机器人根据预先设定的线路或在人工遥控下，实现对室内(外)区域的全覆盖扫描；

所述扫地机器人上的定位模块、控制点与定位服务器相结合，进行实时通讯，获取所述扫地机器人运动过程中所在的时空坐标，记录所述扫地机器人空间活动轨迹；

所述数字摄像机在所述扫地机器人运动过程中拍摄视频，并同步记录其位置轨迹，集成传输并存储于所述视频地图服务器中；

所述视频地图服务器基于GIS监控视频管理系统，对获取定位视频加以处理，从而自动完成室内(外)视频地图的绘制。

具体地，其中，将数字摄像机记录的位置轨迹，集成传输并存储于所述视频地图服务器，包括下述步骤：

获取数字摄像机记录视频的时空位置；

获取数字摄像机记录视频的关键帧，并定位所述关键帧；

获取数字摄像机记录视频的语义属性；

获取数字摄像机记录视频的矢量特征；

将所述数字摄像机记录视频的时空位置、关键帧、语义属性及矢量特征同意存储于所述视频地图服务器中。

本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法，通过在扫地机器人上安装定位模块，使其可以通过超声波与碰撞感应，自动走遍室内(外)位置，其中定位模块与定位服务器相及控制点相结合，可到达室内(外)基于设定线路或人工遥控下的任意位置(根据所处位置和房屋结构特征，自动制定行走计划、反复行走，如沿边、集中、随机、直线等)，从而完成对室内(外)的全方位扫描。

同时，定位服务器信号连接于定位模块，且以三点定位为基础，通过内置程序计算定位模块及控制点的相对位置，从而获取扫地机器人运动过程中的时空坐标，在此基础上，在机器人上加装数字摄像机及云台，同步拍摄视频，与位置信息相融合导入视频地图服务器，从而自动完成室内(外)视频地图的绘制，有效降低人工采集数据的劳动强度，实现扫地机器人的精确定位能力，有效替代人工摄像。

附图说明

图1是本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统的结构示意图。

图2是本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法的步骤流程图。

图3是本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法中将数字摄像机记录的位置轨迹集成存储于视频地图服务器的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，包括扫地机器人110、定位模块111、定位服务器120、控制点(未示出)数字摄像机130和视频地图服务器140。

其中，所述扫地机器人110通过移动，实现对室内(外)区域全覆盖扫描。可以理解地，扫地机器人110通过电磁脉冲自动扫描或超声波反射等方式，自动形成房间的关键信息，如房间面积和结构，然后根据自己所处的位置和房屋的结构自动制定行走计划，配合机身设定控制路径(实际中可以根据所处位置和房屋结构特征，自动制定行走计划并反复行走，如沿边、集中、随机、直线等)，从而完成室内(外)的全面覆盖。

定位模块111安装于扫地机器人110上，与定位服务器120及控制点相结合，对室内(外)环境开展基于设定线路或人工遥控下的全方位扫描。

进一步地，控制点安装于室内(外)关键位置，控制点与定位服务器、定位模块进行实时通讯，用于动态获取机器人的空间信息，并可实现基于位置及路线的导航运动。

定位服务器120连接于定位模块111及控制点，且以三点定位为基础，通过内置程序计算定位模块111及控制点的相对位置，从而获取扫地机器人120运动过程中的时空坐标及行走路线。

具体地，定位模块111、定位服务器120及控制点通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等室外定位方法，以及伪卫星、无线局域网、射频标签、超宽带无线电、超声波等室内定位方法中的一种或多种以及其他人工测度方式来获取机器人运动的空间位置信息。可以理解，为提高准确性，可采取上述两种以上相结合的集成定位方式。

扫地机器人110上还安装有惯性传感器定位模块(未示出)，且惯性传感器定位模块信号连接于定位服务器120，惯性传感器定位模块根据机器人的初始状态，通过惯性变换获取数据，加入模型算法，跟踪用户位置变化，进行辅助导航，弥补或校正其他空间定位方式的不足。具体地，惯性传感器定位模块包括加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器以及其他惯性传感器，可以理解地，采用惯性传感器定位模块进行辅助定位，从而能够根据已知出发点位置，通过位置变化实时计算出来下一点位置，提高扫地机器人110的定位精度。

在实际中，将加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器以及其他惯性传感器定位模块内置于智能手机中并固定于机器人上，采用JAVA、C++等程序语言及专用功能函数，调用安卓、IOS等相关函数及驱动程序加以实现运行传感器位置测度。

数字摄像机130，用于同步拍摄视频，且与位置信息相融合，导入视频地图服务器140。在实际中，数字摄像机130可以采用云台式高清摄像机或者全景摄像机代替。具体地，所述数字摄像机130通过无线电数据链、WIFI或数据卡等方式，将同步拍摄的视频导入视频地图服务器140。

视频地图服务器140通过基于GIS监控视频管理系统，对获取定位视频加以处理，从而自动完成室内(外)视频地图的绘制。

在一些实施例中，还包括安装于扫地机器人上的云台112，云台112在扫地机器人110上可上下升降、水平旋转，用于对室内(外)扫描拍摄，云台112以及数字摄像机130或全景摄像机，共用扫地机器人110的电源及通信系统。

请再参阅图2，另外，本发明还提供了一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法，包括下述步骤：

步骤S110：所述扫地机器人110根据预先设定的线路或在人工遥控下，实现对室内(外)区域的全覆盖扫描；

步骤S120：所述扫地机器人110上的定位模块111、控制点与定位服务器120相结合，进行实时通讯与数据传输，获取所述扫地机器人110运动过程中所在的空间坐标，记录扫地机器人110空间活动轨迹；

步骤S130：所述数字摄像机130在扫地机器人110运动过程中拍摄视频，并同步记录其位置轨迹，集成传输并存储于视频地图服务器140中；

请再参阅图3，其中，步骤S130中，将数字摄像机130记录的位置轨迹，集成传输并存储于视频地图服务器140中，包括下述步骤：

步骤S131：获取数字摄像机130记录视频的时空位置；

步骤S132：获取数字摄像机130记录视频的关键帧，并定位所述关键帧；

步骤S133：获取数字摄像机130记录视频的语义属性；

步骤S134：获取数字摄像机130记录视频的矢量特征；

步骤S135：将所述数字摄像机130记录视频的时空位置、关键帧、语义属性及矢量特征同意存储于视频地图服务器140中。

步骤S140：所述视频地图服务器140自动绘制室内(外)视频地图。

通过获取数字摄像机130记录视频的时空位置、语义属性、矢量特征及关键帧，并将其统一存储于视频地图服务器140中，从而最大程度降低了数据量，提高了视频地图服务器140的管理能力与效率。

本发明提供的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统及方法，通过在扫地机器人110上安装定位模块111，使其可以通过超声波与碰撞感应，自动走遍室内(外)位置，其中定位模块111、定位服务器120及控制点相相结合，可到达室内(外)基于设定线路或人工遥控下的任意位置(根据所处位置和房屋结构特征，自动制定行走计划、反复行走，如沿边、集中、随机、直线等)，从而完成对室内(外)的全方位扫描。

同时，定位服务器120信号连接于定位模块111，且以三点定位为基础，通过内置程序计算定位模块111及控制点的相对位置，获取扫地机器人110运动过程中的时空坐标，在此基础上，在机器人上加装数字摄像机130及云台，同步拍摄视频，与位置信息相融合导入视频地图服务器140，从而自动完成室内(外)视频地图的绘制，有效降低人工采集数据的劳动强度，实现扫地机器人110的精确定位能力，有效替代人工摄像。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，包括：

扫地机器人，所述扫地机器人通过感应器侦测障碍物，自行转弯移动，并实现对室内(外)的全面覆盖；

定位模块，所述定位模块安装于所述扫地机器人上，用于与定位服务器和控制点相结合，对室内(外)开展基于设定线路或人工控制下的全方位扫描；

控制点，所述控制点安装于室内(外)关键位置，所述控制点与所述定位服务器、所述定位模块进行实时通讯，用于动态获取机器人的空间信息，并可实现基于位置及路线的导航运动；

定位服务器，所述定位服务器信号连接于所述定位模块和所述控制点，且以三点定位为基础，通过内置程序计算所述定位模块及所述控制点的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中的时空坐标及行走路线；

数字摄像机，所述数字摄像机用于同步拍摄视频，且与位置信息相融合，导入视频地图服务器；

视频地图服务器，所述视频地图服务器提供基于GIS的监控视频管理系统，对获取的定位视频加以处理，完成室内(外)视频地图的绘制。

2.根据权利要求1所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，还包括安装于所述扫地机器人上的云台，所述云台在所述扫地机器人上可上下升降、水平旋转，用于对室内(外)扫描拍摄。

3.根据权利要求1所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，还包括安装于所述扫地机器人上且信号连接于所述定位服务器的惯性传感器定位模块，所述惯性传感器定位模块根据机器人的初始位置，通过惯性变换获取数据，加入模型算法，跟踪所述扫地机器人的位置变化，进行辅助导航，弥补或校正其他空间定位方位的不足。

4.根据权利要求3所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，所述惯性传感器定位模块包括加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器以及其他惯性传感器。

5.根据权利要求1所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，所述数字摄像机通过无线电数据链、WIFI或数据卡等方式，将同步拍摄的视频导入视频地图服务器。

6.根据权利要求1所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的系统，其特征在于，所述定位模块、定位服务器及控制点通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等室外定位方法以及伪卫星、无线局域网、射频标签、超宽带无线电、超声波等室内定位方法中的一种或多种以及其他人工测度方式来获取机器人运动的空间位置信息。

7.一种基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法，其特征在于，包括下述步骤：

所述扫地机器人根据预先设定的线路或在人工遥控下，实现对室内(外)区域的全覆盖扫描；

所述扫地机器人上的定位模块、控制点与所述定位服务器相结合，进行实时通讯，获取所述扫地机器人运动过程中所在的时空坐标，记录所述扫地机器人空间活动轨迹；

所述数字摄像机在所述扫地机器人运动过程中拍摄视频，并同步记录其位置轨迹，集成传输并存储于所述视频地图服务器中；

所述视频地图服务器通过基于GIS监控视频管理系统，对获取定位视频加以处理，从而完成室内(外)视频地图的自动绘制。

8.根据权利要求7所述的基于扫地机器人定位视频采集和制图的方法，其特征在于，其中，将数字摄像机记录的位置轨迹，集成传输并存储于所述视频地图服务器中，包括下述步骤：

获取数字摄像机记录视频的时空位置；

获取数字摄像机记录视频的关键帧，并定位所述关键帧；

获取数字摄像机记录视频的语义属性；

获取数字摄像机记录视频的矢量特征；

将所述数字摄像机记录视频的时空位置、关键帧、语义属性及矢量特征同意存储于所述视频地图服务器中。