CN107601202B - 电梯空间检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯空间检测方法，包括如下步骤：S1.识别预先设置在电梯装置内的标识；S2.判断所述标识所占据区域是否为空，如果所述标识所占据区域为空，则所述区域可被自主移动装置占用。本发明同时还公开了一种电梯空间检测装置。本发明提出一种低成本的判断电梯空间是否足够自主移动装置占用的检测方法及装置，实现当无人或者人少情况下自主移动装置可以使用该电梯，实现解决自主移动装置与人员共同使用电梯,提高闲时电梯的使用效率，不用单独开辟自主移动装置专用电梯，节约改造电梯成本。

Description

电梯空间检测方法及装置

技术领域

本发明涉及自动控制领域，更具体地说，涉及一种电梯空间检测方法及装置。

背景技术

“自动导引运输车”(Automated Guided Vehicle，简称自主移动装置)，是指装备有电自动导航装置，它能够沿规定的导引路径行驶，实现移载功能的自动运输车。自主移动装置可以在一定空间内运动，当涉及跨越楼层区域时，自主移动装置需要搭乘电梯到达目标楼层。针对自主移动装置搭乘电梯的现有方案，通常为自主移动装置准备专用电梯。

因此本发明提出一种低成本的判断电梯空间是否足够自主移动装置占用的检测方法及装置，实现当无人或者人少情况下自主移动装置可以使用该电梯，实现解决自主移动装置与人员共同使用电梯,提高闲时电梯的使用效率，不用单独开辟自主移动装置专用电梯，节约改造电梯成本。利用现有的员工或者货运电梯时，在准备进入电梯前判断电梯里空间是否足够被自主移动装置利用，如果空间可用则使用该趟电梯，如果电梯空间不足则继续等待下一趟电梯。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺点,提供一种自主移动装置导引线导航方法及装置。

本发明公开了一种电梯空间检测方法，包括如下步骤：

S1.识别预先设置在电梯装置内的标识；

S2.判断所述标识所占据区域是否为空，如果所述标识所占据区域为空，则所述区域可被自主移动装置占用。

本发明中，执行所述步骤S1之前包括：

S01.在所述电梯装置内设置标识；

S02.在所述自主移动装置上设置摄像头。

本发明中，所述步骤S02中，所述摄像头安装角度上限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2-arctan(H/(D1+D2))；所述摄像头安装角度下限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2+arctan(H/(D1+D2+D3))，其中FOV是摄像头在垂直方向的视场角，D1是所述自主移动装置的初始位置距离电梯门的距离，D2是所述自主移动装置的停止位置距离电梯门的距离，D3是所述自主移动装置长度，H为摄像头安装高度。

本发明中，所述步骤S1中，识别所述标识的步骤包括：

S11.获取待检测图像，并降低所述待检测图像的分辨率；

S12.转换所述S11步骤处理后的图像成HSV色彩图，生成HSV空间颜色特征掩膜版，并将所述掩膜版与步骤S12中的所述HSV图像的每一个像素按位和操作，提取定位标识图像；

S13.将所述定位标识图像转换成灰度图并做二值化处理，提取所述定位标识图像的中心坐标；

S14.根据所述定位标识图像的中心坐标的数量，计算梯形坐标点，并根据所述梯形的区域生成关注区域掩膜版，所述关注区域掩膜版与所述步骤S12中的所述HSV图像的每一个像素按位和操作，以完成添加标识区域的掩膜版。

本发明中，所述步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S21.根据所述待测图片和预先存储的样本图片所添加标识区域的掩膜版，提取所述待测图片与所述样本图片的特征并计算其相似度；

S22.当计算得到的相似度大于预设阈值时，则所述电梯装置的空间可被所述自主移动装置使用。

本发明中，步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S23.提取预先存储的样本库中的梯度方向直方图特征；

S24.根据所述样本特征建立SVDD分类器，并提取电梯的待测图片上添加标识区域的梯度直方图特征，并利用所述SVDD分类器判断所述电梯装置的空间是否可被所述自主移动装置使用。

本发明中，步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S25.对所述定位标识图像进行双边滤波；

S26.设置检测参数，如果检测的结果超过预设阈值，则所述电梯装置的空间被占据，否则所述电梯空间可被所述自主移动装置使用。

本发明还同时公开了一种电梯空间检测装置，所述电梯空间检测装置包括自主移动装置和设置有标识的电梯装置，所述自主移动装置包括摄像头、图像处理模块以及运动控制模块，所述摄像头将采集到所述标识图像发给图像处理模块进行处理，所述图像处理模块判断所述标识所占据区域是否为空，并将处理结果发送给所述运动控制模块以实现是否搭乘电梯。

本发明中，所述标识设置在所述电梯装置内的四个角落。

本发明中，所述摄像头与水平所成倾角范围是4°～35°之间，

本发明的有益效果是，本发明提出一种低成本的判断电梯空间是否足够自主移动装置占用的检测方法及装置，实现当无人或者人少情况下自主移动装置可以使用该电梯，实现解决自主移动装置与人员共同使用电梯,提高闲时电梯的使用效率，不用单独开辟自主移动装置专用电梯，节约改造电梯成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明所述电梯空间检测方法的流程图；

图2是本发明所述自主移动装置摄像头和占据区域标识的示意图；

图3是本发明所述自主移动装置摄像头安装的示意图。

具体实施方式

本发明所述自主移动装置的工作流程是呼叫电梯到达自主移动装置所在楼层，当电梯门打开时，通过安装在自主移动装置前方的摄像头获得电梯装置轿厢图像，然后分析该图像中电梯装置内是否有足够空间被自主移动装置利用。如果空间足够，自主移动装置运动执行模块执行搭乘该趟电梯的动作。如果空间不足，则等待下趟电梯。

下面从具体的实施例来说明本发明所述电梯空间检测方法，包括在电梯中添加标识，执行该功能时自主移动装置的摄像头安装角度设计，图像处理和分析的算法。

图1是本发明所述电梯空间检测方法的流程图，图2是本发明所述自主移动装置摄像头和占据区域标识的示意图，图3是本发明所述自主移动装置摄像头安装的示意图，如图所述。所述电梯空间检测方法，包括如下步骤：

步骤S1，识别预先设置在电梯装置内的标识2。

本发明在实施步骤S1之前，需要在电梯装置内设置标识2和在所述自主移动装置上设置摄像头1。具体设计方法如下：

(1)在电梯装置内安装标识2：

本发明一个或多个实施例中，因考虑到成本和铺设的便捷，安装标识2的材质使用背面具有粘性的具备一定耐磨度的彩色胶带的作为标识2的材料。可以使用其他材料作为替代，例如涂料、油漆或者其他材质。所述标识2的颜色要与地面能够明显区分开，例如当地面颜色为米色和蓝色，则使用了绿色颜色作为占据区域3的标识2。

所述标识2的铺设方法：本发明一个或多个实施例中，所述标识2设置在所述电梯装置内的四个角落。所述标识为所述电梯装置内占据区域3的标识2，标识2大小与摄像头图像分辨率以及识别占据区域3的相关，例如如图2所示的实施例中，靠近摄像头1的标识2设计为长度为10*10cm的绿色正方形，远离摄像头1的标识2设计为15*15cm的绿色正方形。根据使用场景可以预先测量几个关键长度和高度信息，设计摄像头1安装角度。

(2)摄像头1安装角度设计方案：

在本发明一个或多个实施例中，如图3所示，其中摄像头1安装高度H＝98cm，所述自主移动装置4的初始位置距离电梯门的距离D1＝150cm，所述自主移动装置的停止位置距离电梯门的距离D2＝10cm，所述自主移动装置的长度D3＝113cm。

其中，摄像头1在垂直方向的视场角的一半FOV/2＝16.5°，视角1(点-箭头所张成区域)表示安装角度上限，视角下边缘覆盖D3的近摄像头端。视角2(虚线-点-箭头所张成区域)表示安装角度下限，视野上边缘覆盖D3远摄像头端。

视角1与水平角度夹角(点-线与虚线的张角)计算公式:

FOV/2–arctan(H/(D1+D2))；

视角2与水平角度夹角(虚线-点与虚线的张角)计算公式:

FOV/2+arctan(H/(D1+D2+D3))；

本发明一个或多个实施例中，摄像头1的安装角度与水平所成倾角范围大于4°～35°。

上述图2、图3实施例完成了在所述电梯装置内设置标识2和在所述自主移动装置4上设置摄像头1。以下再具体说明步骤S1中识别电梯装置内的标识的具体流程：

所述自主移动装置4包括摄像头1、图像处理模块(图中未标示)以及运动控制模块(图中未标示)，所述摄像头1将采集到所述标识图像输入到图像处理模块进行处理，所述图像处理模块判断所述标识所占据区域是否为空，并将处理结果发送给所述运动控制模块以实现是否搭乘电梯。本发明一个或多个实施例中，图像处理模块所涉及的基本操作通过图像处理库例OpenCV来实现，数组有关计算通过numpy库来实现。

首先，摄像头1的连续帧作为输入待处理图像数据。初始化摄像头1后，获得摄像头1的连续帧作为待检测图像。将所述待检测图像采用等比例缩放的方式(本发明一个或多个实施例中，可采用金字塔下采样的方式)降低画面分辨率，可以减少计算量以及噪声干扰，提高计算速度和抗干扰能力。

其次，将上述的原始图像的RGB彩色图转换成HSV(Hue,Saturation,Value)色彩图；根据标识颜色HSV分量范围，设置HSV颜色过滤器，即H上限阈，H下限阈值，S上限阈，S下限阈值，V上限阈，V下限阈值。将HSV颜色过滤器设置为掩膜版，掩膜版与上述的原始图像HSV图像空间的每一个像素按位和操作(bit-wise conjuction),即像素值在阈值上下限范围内时，像素值不变，否则，赋予该像素黑色。这样就完成了提取定位标识图像。

再次，将提取到的定位标识图像转换成灰度图，做二值化处理。图像二值化(ImageBinarization)就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。

并检测二值化图像的轮廓，用最小外接圆对轮廓进行拟合，得到外接圆形拟合后的定位标识点中心坐标和拟合半径，当拟合半径大于某个阈值，则该中心点坐标认为是定位标识的中心坐标。这样就完成了提取所述定位标识图像的中心坐标。

最后，考虑到透视关系，将关注区域(ROI)的设计成梯形区域，即在通过设置相邻顶点矢量来实现该区域的掩膜版。

当提取定位点坐标数小于4，认为提取定位标识点失败。当提取定位点坐标数量为4时，将4个坐标的X分量进行升序排列，最末位置X值与第一位的差值近似等于梯形底边的边长(ROI_bottom_width)，其余两个数值差值近似等于梯形顶边的边长(ROI_top_width)。4个中心坐标的Y分量，最大值为顶边的Y坐标(ROI_top_width)，最小值近似等于底边的Y坐标。(ROI_bottom_Y)。将底边边长转换成与图像宽度的比值，将Y坐标转换成图像高度的比值。其中梯形坐标点计算公式如下：

LB:Left Bottom缩写，左下方标识点；

LB_X＝img_width*(1-ROI_bottom_width)/2；

LB_Y＝img_height*ROI_bottom_Y；

UL：Upper Left缩写，左上方标识点；

UL_X＝img_width*(1-ROI_top_width)/2；

UL_Y＝img_height*ROI_top_Y；

UR：Upper Right缩写，右上方标识点；

UR_X＝img_width*(1+ROI_top_width)/2；

UR_Y＝UL_Y；

RB:Right_Bottom缩写，右下方标识点；

RB_X＝img_width-LB_X；

RB_Y＝LB_Y；

梯形矢量ROI_V(用numpy中的数组numpy.array()表示)计算公式：

ROI_V＝numpy.array([[(LB_X,LB_Y),(UL_X,UL_Y),(UR_X,UR_Y),(RB_X,RB_Y)]],dtype＝np.int32)；

考虑梯形Y轴偏移量：

如果ROI_center不等于0.5；

hor_offset_ratio＝ROI_center-0.5；

ROI_V[0,:,0]＝ROI_V[0,:,0]+hor_offset_ratio*img_width。

填充ROI_V多边形区域形成ROI掩膜版，掩膜版与原始图像的每一个像素按位和操作，保留掩膜版内的图像,其余像素设置为黑色，这样就完成了添加标识区域的掩膜版。

下面进入如何判断所述标识2所占据区域3是否可以被自主移动装置4占用。

步骤S2～S4，判断所述标识所占据区域是否为空。如果所述标识所占据区域为空，则所述区域可被自主移动装置占用。如果所述标识所占据区域不能被自主移动装置占用，则等待下趟电梯。

判断所述标识所占据区域是否可以被自主移动装置占用的步骤：

首先，利用安装在自主移动装置的摄像头和图像处理模块，以自主移动装置的摄像头视角存储一组电梯门完全开放，电梯内剩余空间足够自主移动装置利用时刻的画面。

优选地，选择一天中不同时间，不同楼层作为拍摄时间和拍摄地点，模拟自主移动装置工作状态下出现的不同电梯内部空间的状态。选择2N+1张照片作为样本图片，N为正整数。

然后，每一次检测电梯装置是否可以被自主移动装置利用时获得的图片称为待测图片。将所述待测图片上添加标识区域的掩膜版，提取所述待测图片和样本图片的特征，例如提取添加掩膜版后的颜色直方图特征。当计算得到相似度大于某个阈值，表示所述待测图片与所述电梯装置可用状态的样本图片一致，即标识点的区域为空，所述电梯装置的空间可用。

在本发明一个或多个实施例中，除了上述的直方图描述方式外，可选其他特征描述方法，例如梯度方向直方图特征法和线段检测特征法：

梯度方向直方图特征法：

1)提取样本库中图片的梯度方向直方图特征；

2)根据样本特征建立SVDD(support vector domain description)分类器；

3)提取待检测图片标志区域内的梯度直方图特征，并利用SVDD分类器判断所述电梯装置的空间是否可用。

线段检测特征法：

1)对标识区域图像进行双边滤波(Bilateral filter)，双边滤波是一种非线性的滤波方法，是结合图像的空间邻近度和像素值相似度的一种折中处理，同时考虑空域信息和灰度相似性，达到保边去噪的目的。具有简单、非迭代、局部的特点。双边滤波器的好处是可以做边缘保存(edge preserving)，一般过去用的维纳滤波或者高斯滤波去降噪，都会较明显地模糊边缘，对于高频细节的保护效果并不明显。

2)设置检测参数(例如设置线段数目、长度阈值等)，如果检测的结果超过预设阈值则判断为所述电梯装置的空间被占据，反之判断为所述电梯装置的空间可用。

最后，将所述待测图片与2N+1张所述样本图片逐一进行相似度计算，2N+1个判别结果中，结果为“可用”的数量大于等于N+1，得到最终判定结果为“所述电梯装置的空间可用”；反之判定为“所述电梯装置的空间不可用”。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电梯空间检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01.在电梯装置内设置标识；

S02.在自主移动装置上设置摄像头；

S1.识别预先设置在电梯装置内的标识；

S2.判断所述标识所占据区域是否为空，如果所述标识所占据区域为空，则所述区域可被自主移动装置占用；

所述步骤S02中，所述摄像头安装角度上限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2-arctan(H/(D1+D2))；所述摄像头安装角度下限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2+arctan(H/(D1+D2+D3))，其中FOV是摄像头在垂直方向的视场角，D1是所述自主移动装置的初始位置距离电梯门的距离，D2是所述自主移动装置的停止位置距离电梯门的距离，D3是所述自主移动装置长度，H为摄像头安装高度。

2.根据权利要求1所述的电梯空间检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，识别所述标识的步骤包括：

S11.获取待检测图像，并降低所述待检测图像的分辨率；

S12.转换所述S11步骤处理后的图像成HSV色彩图，生成HSV空间颜色特征掩膜版，并将所述掩膜版与步骤S12中的所述HSV图像的每一个像素按位和操作，提取定位标识图像；

S13.将所述定位标识图像转换成灰度图并做二值化处理，提取所述定位标识图像的中心坐标；

S14.根据所述定位标识图像的中心坐标的数量，计算梯形坐标点，并根据所述梯形的区域生成关注区域掩膜版，所述关注区域掩膜版与所述步骤S12中的所述HSV图像的每一个像素按位和操作，以完成添加标识区域的掩膜版。

3.根据权利要求2所述的电梯空间检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S21.根据所述待检测图像和预先存储的样本图片所添加标识区域的掩膜版，提取所述待检测图像与所述样本图片的特征并计算其相似度；

S22.当计算得到的相似度大于预设阈值时，则所述电梯装置的空间可被所述自主移动装置使用。

4.根据权利要求2所述的电梯空间检测方法，其特征在于，步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S23.提取预先存储的样本库中的梯度方向直方图特征；

S24.根据所述梯度方向直方图特征建立SVDD分类器，并提取电梯的待检测图像上添加标识区域的梯度直方图特征，并利用所述SVDD分类器判断所述电梯装置的空间是否可被所述自主移动装置使用。

5.根据权利要求2所述的电梯空间检测方法，其特征在于，步骤S2中，判断所述标识所占据区域是否可被所述自主移动装置占用的步骤包括：

S25.对所述定位标识图像进行双边滤波；

S26.设置检测参数，如果检测的结果超过预设阈值，则所述电梯装置的空间被占据，否则所述电梯空间可被所述自主移动装置使用。

6.一种电梯空间检测装置，其特征在于，所述电梯空间检测装置包括自主移动装置和设置有标识的电梯装置，所述自主移动装置包括摄像头、图像处理模块以及运动控制模块，所述摄像头将采集到所述标识的图像发给图像处理模块进行处理，所述图像处理模块判断所述标识所占据区域是否为空，并将处理结果发送给所述运动控制模块以实现是否搭乘电梯；

所述摄像头安装角度上限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2-arctan(H/(D1+D2))；所述摄像头安装角度下限与水平角度夹角计算公式是：FOV/2+arctan(H/(D1+D2+D3))，其中FOV是摄像头在垂直方向的视场角，D1是所述自主移动装置的初始位置距离电梯门的距离，D2是所述自主移动装置的停止位置距离电梯门的距离，D3是所述自主移动装置长度，H为摄像头安装高度。

7.根据权利要求6所述的电梯空间检测装置，其特征在于，所述标识设置在所述电梯装置内的四个角落。

8.根据权利要求6或7所述的电梯空间检测装置，其特征在于，所述摄像头与水平所成倾角范围是4°～35°之间。