CN106197427A - 一种室内定位导航的方法、装置以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位导航的方法及装置，该方法包括：预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；接收导航至指定位置的指令；通过室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；获取当前所在位置的天花板图像；将天花板图像与标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至指定位置为止。由于天花板不容易变动，且一般不会有遮挡，因此本申请解决了其他图像定位方法不能避免场景经常变化的问题，技术简单易实现，且可靠性较高、实用性较强。此外，本发明还提供了一种具备上述优点的机器人。

Description

一种室内定位导航的方法、装置以及机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是涉及一种室内定位导航的方法、装置以及机器人。

背景技术

机器人，如家用智能机器人、扫地机器人等智能装置，一般在底部可以设置滚轮之类的行走机构。滚轮经传动机构与马达相连，通过马达地转动，经传动机构传动后可以驱动这些运动装置运动，从而实现智能机器人、扫地机器人等装置的行走。

现有机器人实现在房间中进行定位导航的一种方式是，机器人配备红外扫描装置、超声波发射接收装置或者雷达装置，通过扫描房间中机器人水平方向的物体或者墙面，根据回应波长的时间来确定位置。这种方法对于房间内物品的摆放有很大的依赖性，如果改动房间的物品的位置，则不能再准确定位，实用性较差。

另一种已知的现有技术为，机器人通过摄像头拍摄房间中的物体并存储，通过摄像头再次拍摄的物体图片与存储图片的比较来进行方位判断，从而进行导航。这种方式同样过分依赖房间内物品的摆放，如果物品的位置进行了调整，则需要重新学习构建室内地图，同样实用性较差。

针对上述两种方法技术复杂、可靠性较低，且当房间中家具、电器等物体更换摆放位置时，必须重新学习构建地图才能定位，实用性较低的问题，提供一种室内定位导航的方法及装置是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种室内定位导航的方法、装置以及机器人，目的在于解决现有室内定位导航技术中过于依赖房间内物品的摆放、改动室内物品的摆放则定位准确性降低、实用性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种室内定位导航的方法，包括：

预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

接收导航至指定位置的指令；

通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

获取当前所在位置的天花板图像；

将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

可选地，所述预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图包括：

获取各所述定位点的天花板图像；

对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

对检测后图像进行位置标定，得到检测后标定参考图像。

可选地，在所述对检测后图像进行位置标定之前还包括：

将当前得到的检测后图像与已经得到的检测后图像进行图像比对，当二者不匹配时，则对所述当前得到的检测后图像进行位置标定。

可选地，所述将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像包括：

对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

将所述检测后图像与所述检测后标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像。

可选地，所述对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测包括：

采用canny算法对所述二值图像进行边缘检测，采用HOG算法对所述二值图像进行直线检测。

可选地，所述将所述检测后图像与所述检测后标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像包括：

通过计算所述检测后图像与所述检测后标定参考图像的马氏距离，判断是否为同一图像。

可选地，所述对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像包括：

将获取的彩色图像进行色彩空间变换，转换为灰度图像；

对所述灰度图像进行高斯模糊运算，去除噪点以获取高斯模糊图像；

对所述高斯模糊图像进行二值运算，获取所述二值图像。

可选地，还包括：

检测行进方向是否有障碍物；

如果有，则检测与所述障碍物的距离；

当所述距离小于预设阈值时，按照预设指令自动调整行进方向。

本发明还提供了一种室内定位导航的装置，包括：

构建地图模块，用于预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

接收指令模块，用于接收导航至指定位置的指令；

标定参考图像获取模块，用于通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

天花板图像获取模块，用于获取当前所在位置的天花板图像；

定位导航模块，用于将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

本发明还提供了一种机器人，包括上述任一种所述的室内定位导航的装置。

本发明所提供的室内定位导航的方法及装置，通过预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；接收导航至指定位置的指令；通过室内天花板地图获取指定位置的定位点的标定参考图像；获取当前所在位置的天花板图像；将天花板图像与标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至指定位置为止。

本发明所提供的方法及装置，机器人行进时连续获得天花板图像，将获得的图像与预先构建完成的室内天花板地图进行比对，来完成机器人的导航定位。由于天花板不容易变动，且一般不会有遮挡，因此本申请解决了其他图像定位方法不能避免场景经常变化的问题，技术简单易实现，且可靠性较高、实用性较强。此外，本发明还提供了一种具备上述优点的机器人。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的室内定位导航的方法的一种具体实施方式的流程图；

图2为本实施例所提供的构建室内天花板地图的过程流程图；

图3为本发明所提供的室内定位导航的方法的另一种具体实施方式流程图；

图4为本发明对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像的过程流程图；

图5为本发明所提供的在定位行进过程中进行避障的流程图；

图6为本发明实施例提供的室内定位导航的装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的室内定位导航的方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：

步骤S101：预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

需要指出的是，以机器人为例，在机器人的头顶可以安装一个朝向顶部天花板的摄像头，机器人行进时可连续获得图像，每隔固定距离获取图像位置信息。该步骤中，遥控机器人行走至每个需要定位的定位点，例如，例如客厅、走廊、卧室、餐厅等，在每个定位点拍摄头顶的天花板图像，作为标定参考图像，并人工标定位置以及方向，作为地图初始数据，构建出室内天花板地图。

例如进行位置标定的过程可以为：将在卧室拍摄的图像信息与位置信息“卧室”形成对应关系，分别对各定位点一一进行位置标定后，将所有的对应关系进行存储，构建室内天花板地图。

步骤S102：接收导航至指定位置的指令；

步骤S103：通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

步骤S104：获取当前所在位置的天花板图像；

步骤S105：将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

本实施例中步骤S103以及步骤S104的顺序可以调换，这均不影响本发明的实现。

本发明所提供的室内定位导航的方法，通过预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；接收导航至指定位置的指令；通过室内天花板地图获取指定位置的定位点的标定参考图像；获取当前所在位置的天花板图像；将天花板图像与标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至指定位置为止。

本发明所提供的方法，机器人行进时连续获得天花板图像，将获得的图像与预先构建完成的室内天花板地图进行比对，来完成机器人的导航定位。由于天花板不容易变动，且一般不会有遮挡，因此本申请解决了其他图像定位方法不能避免场景经常变化的问题，技术简单易实现，且可靠性较高、实用性较强。

在上述实施例中，请参照图2本实施例所提供的构建室内天花板地图的过程流程图，构建室内天花板地图的过程可以具体包括：

步骤S201：获取定位点的天花板图像；

步骤S202：对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

步骤S203：对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

具体地，对二值图像可以采用canny算法进行边缘检测；对二值图像可以采用HOG算法进行直线检测，得到检测后图像。

步骤S204：对检测后图像进行位置标定，得到检测后标定参考图像；

在本实施例中，由于室内的天花板可能存在相同的样式,所以将获得的检测后图像与已经获得的检测后图像进行差异比较，以确定本次得到的图像是唯一的、可以区分的。

该过程具体为：在所述对检测后图像进行位置标定之前，将当前得到的检测后图像与已经得到的检测后图像进行图像比对，当二者不匹配时，则对所述当前得到的检测后图像进行位置标定。

例如本次获得的图像为A，已经获得的图像为B，使用图像匹配算法进行处理，如果图像匹配值小于预设匹配值阈值，则表示图像A和B是不可以区分的，需要重新获取图像并进行标定处理。

步骤S205：在各定位点进行重复标定操作，得到室内全部的定位点标定数据。

在上述实施例的基础上，在将天花板图像与标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像的过程中，为提高准确性，需预先对天花板图像以及标定参考图像进行预处理。

预处理的过程可以包括灰化处理、降噪处理、二值处理等操作，最终得到二值图像。预处理的过程还可以为其他方式，这均不影响本发明的实现。

下面以一具体实施例对本发明所提供的室内定位导航的方法进行进一步详细阐述，请参照图3本发明所提供的室内定位导航的方法的另一种具体实施方式流程图，该过程具体包括：

步骤S301：接收导航至指定位置的指令；

步骤S302：通过室内天花板地图获取指定位置的定位点的标定参考图像；

步骤S303：获取当前所在位置的天花板图像；

步骤S304：对天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

步骤S305：对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

其中，可以具体采用canny算法对所述二值图像进行边缘检测，采用HOG算法对所述二值图像进行直线检测，其他方式也可，并不限于本实施例提到的方式。

步骤S306：将所述检测后图像与所述检测后标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并返回步骤S303，直到导航至所述指定位置为止。

本实施例中，判断是否为同一图像可以具体为：

通过计算所述检测后图像与所述检测后标定图像的马氏距离，判断是否为同一图像。

另外，通过图像的直方图的数值也可以用于判断两幅图像是否为同一图像，这均不影响本发明的实现。

请参照图4，上述步骤S202以及步骤S304对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像的过程可以具体为：

步骤S401：将获取的彩色图像进行色彩空间变换，转换为灰度图像；该过程能够将图像色彩RGBA空间转换为灰度空间Gray。

步骤S402：对所述灰度图像进行高斯模糊运算，去除噪点以获取高斯模糊图像；

本步骤中通过对图像进行高斯模糊运算，能够去除噪点，降低光照变化对识别精确度的影响，得到高斯模糊图像。

步骤S403：对所述高斯模糊图像进行二值运算，获取所述二值图像。

该步骤通过对高斯模糊图像进行二值运算,得到黑白图像，以便进行下一步图像处理操作。

在上述实施例的基础上，本发明所提供的室内定位导航的方法还可以进一步包括：在定位行进过程中进行避障的技术。

如图5本发明所提供的在定位行进过程中进行避障的流程图所示，该过程可以具体包括：

步骤S501：检测行进方向是否有障碍物；

步骤S502：如果有，则检测与所述障碍物的距离；

步骤S503：当所述距离小于预设阈值时，按照预设指令自动调整行进方向。

机器人可具体利用距离传感器检测距离，当距离障碍物小于预设距离，如30cm时，机器人自动调整行进方向，如逆时针转动10度,并继续通过距离检测判断行进方向是否有障碍物，直到行进方向没有障碍物为止，然后继续行进并同时比对天花板图像，直到到达指定位置。

下面对本发明实施例提供的室内定位导航的装置进行介绍，下文描述的室内定位导航的装置与上文描述的室内定位导航的方法可相互对应参照。

图6为本发明实施例提供的室内定位导航的装置的结构框图，参照图6室内定位导航的装置可以包括：

构建地图模块100，用于预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

接收指令模块200，用于接收导航至指定位置的指令；

标定参考图像获取模块300，用于通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

天花板图像获取模块400，用于获取当前所在位置的天花板图像；

定位导航模块500，用于将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

本发明所提供的装置，机器人行进时连续获得天花板图像，将获得的图像与预先构建完成的室内天花板地图进行比对，来完成机器人的导航定位。由于天花板不容易变动，且一般不会有遮挡，因此本申请解决了其他图像定位方法不能避免场景经常变化的问题，技术简单易实现，且可靠性较高、实用性较强。

此外，本发明还提供了一种机器人，包括上述任一种室内定位导航的装置。

本发明利用天花板不易变的空间场景，遥控机器人移动并拍摄天花板图像，形成定位点图像信息，同已经构建完成的室内地图进行比对来完成定位功能，解决了其他图像定位方法不能避免的场景经常变化的问题，具备更强的实用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的室内定位导航的方法、装置以及机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种室内定位导航的方法，其特征在于，包括：

预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

接收导航至指定位置的指令；

通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

获取当前所在位置的天花板图像；

将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

2.如权利要求1所述的室内定位导航的方法，其特征在于，所述预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图包括：

获取各所述定位点的天花板图像；

对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

对检测后图像进行位置标定，得到检测后标定参考图像。

3.如权利要求2所述的室内定位导航的方法，其特征在于，在所述对检测后图像进行位置标定之前还包括：

将当前得到的检测后图像与已经得到的检测后图像进行图像比对，当二者不匹配时，则对所述当前得到的检测后图像进行位置标定。

4.如权利要求2所述的室内定位导航的方法，其特征在于，所述将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像包括：

对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像；

对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测，得到检测后图像；

将所述检测后图像与所述检测后标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像。

5.如权利要求4所述的室内定位导航的方法，其特征在于，所述对所述二值图像分别进行边缘以及直线检测包括：

采用canny算法对所述二值图像进行边缘检测，采用HOG算法对所述二值图像进行直线检测。

6.如权利要求4所述的室内定位导航的方法，其特征在于，所述将所述检测后图像与所述检测后标定参考图像进行比较，判断是否为同一图像包括：

通过计算所述检测后图像与所述检测后标定参考图像的马氏距离，判断是否为同一图像。

7.如权利要求2至4任一项所述的室内定位导航的方法，其特征在于，所述对所述天花板图像进行图像预处理，获取二值图像包括：

将获取的彩色图像进行色彩空间变换，转换为灰度图像；

对所述灰度图像进行高斯模糊运算，去除噪点以获取高斯模糊图像；

对所述高斯模糊图像进行二值运算，获取所述二值图像。

8.如权利要求5所述的室内定位导航的方法，其特征在于，还包括：

检测行进方向是否有障碍物；

如果有，则检测与所述障碍物的距离；

当所述距离小于预设阈值时，按照预设指令自动调整行进方向。

9.一种室内定位导航的装置，其特征在于，包括：

构建地图模块，用于预先获取室内各定位点的天花板图像作为标定参考图像，对所述定位点进行位置标定，构建室内天花板地图；

接收指令模块，用于接收导航至指定位置的指令；

标定参考图像获取模块，用于通过所述室内天花板地图获取所述指定位置的定位点的标定参考图像；

天花板图像获取模块，用于获取当前所在位置的天花板图像；

定位导航模块，用于将所述天花板图像与所述标定参考图像相比较，判断是否为同一图像；如果是，则已导航至所述指定位置；如果否，则行进预设距离，并重复上述步骤，直到导航至所述指定位置为止。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的室内定位导航的装置。