CN108574804A - 一种用于视觉机器人的光源补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于视觉机器人的光源补偿系统及方法，包括：装设于视觉机器人上固定位置的图像采集单元，包括灰度摄像头、红外摄像头或者是普通的彩色摄像头；放置于视觉机器人的预定运动区域内的指定位置处的补光单元，用于当所述图像采集单元感测的图像亮度不满足实现视觉定位的光线亮度时，给所述图像采集单元补偿光源；通信单元，装设在视觉机器人上，用于通过无线通信的方式向补光单元传输补光命令；控制单元，装设在视觉机器人上，用于根据图像采集单元的感测结果控制通信单元通知补光单元开启和关闭以实现动态补光。相对于现有技术，本发明实施提供的光源补偿系统节省电能消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能家居的视觉定位技术领域，尤其涉及一种用于视觉机器人的光源补偿系统及补偿方法。
背景技术
基于视觉机器人的导航和识别技术，由于其适应性强，价格比较低，获得了越来越广泛的应用。但是，视觉应用存在一个问题，在于采用低成本的摄像头时，在低光环境获得比较差图像效果，影响到了实际的应用。如果是采用主动式的光补偿，存在以下缺点：1.空间利用率大时，主动光的功率也比较大，对于电池供电的机器人来说，会消耗过多电能，导致机器运行时间变短；2.采用机器人主动发光，发射的光源类似于点光源，并且光源是移动的，导致光照射到物体时会出现移动的投影，使得视觉进行处理时容易产生误差。
发明内容
一种用于视觉机器人的光源补偿系统，包括装设于视觉机器人上固定位置的图像采集单元,该光源补偿系统包括：
放置于视觉机器人的预定运动区域内的指定位置处的补光单元，用于当所述图像采集单元感测的图像亮度不满足实现视觉定位的光线亮度时，给所述图像采集单元补偿光源；
通信单元，内置于视觉机器人中，用于通过无线通信的方式向补光单元传输补光命令；
控制单元，内置于视觉机器人中，用于控制通信单元通知补光单元在不同光照条件下相应的使用可见光或不可见光进行补光。
进一步地，所述补光单元的视野范围和所述图像采集单元的视野范围都覆盖到所述预定运动区域，其中，所述补光单元的视野范围覆盖到所述图像采集单元的视野范围。
进一步地，所述补光单元包括可控照明光源，所述可控照明光源用于在接收到所述补光命令后，根据图像采集单元的感测结果控制通信单元通知补光单元使用可见光调整亮度以实现动态补光，使得所述图像采集单元捕获到的所述预定运动区域内物体的图像亮度达到实现视觉定位的亮度阈值；
其中，所述图像采集单元设置为灰度摄像头或者是普通的彩色摄像头，所述视觉定位的亮度阈值也满足人眼识别物体的亮度阈值。
进一步地，所述补光单元还包括红外光源，所述红外光源装设在所述指定位置处的充电座上，用于在不合适打开可见光的条件下控制通信单元通知补光单元发射预设频率的红外光以实现补光识别定位，使得在所述预定运动区域内，所述视觉机器人在红外光源的视野范围内得到可识别的补偿红外光以实现定位；
其中，所述图像采集单元设置为红外摄像头，所述预设频率与红外摄像头的采样帧率匹配以实现红外光在红外摄像头焦面位置成像。
进一步地，所述补光单元具有一组或多组，放置于所述预定运动区域内指定的不同位置处。
一种基于所述光源补偿系统的补偿方法，包括：
步骤一、控制所述视觉机器人进入所述预定运动区域内；
步骤二、所述控制单元初始化所述光源补偿系统的参数，并启动所述图像采集单元进行视觉定位；
步骤三、所述控制单元根据所述图像采集单元对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知所述补光单元调整亮度以实现动态补光；
步骤四、所述视觉机器人完成视觉定位，离开所述预定运动区域。
进一步地，所述步骤二中，启动所述图像采集单元进行视觉定位之前，所述补光单元处于工作状态或关闭状态；
所述步骤四中，所述视觉机器人离开所述预定运动区域后，所述控制单元控制所述补光单元处于工作状态或关闭状态。
进一步地，步骤三中，当所述预定运动区域内实现视觉定位的光线亮度大于第一预设亮度阈值时，如果所述图像采集单元感测到光线亮度小于第一预设亮度阈值，所述控制单元通过比较所述图像采集单元采集的当前图像的平均灰度值与所述光源补偿系统内置的模板图像平均灰度值的差值来确定光照补偿值，进而控制所述通信单元通知所述补光单元开启补光；其中所述补光单元设置为可控照明光源，所述图像采集单元设置为灰度摄像头；
当所述预定运动区域内不适合打开可见光，则实现视觉定位的光线亮度小于第二预设亮度阈值，如果所述图像采集单元感测到光线亮度小于第二预设亮度阈值时，所述控制单元根据所述图像采集单元对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知所述补光单元补偿预设频率的红外光，使得所述视觉机器人在红外光源的视野范围内得到可识别的补偿红外光以实现定位；其中所述补光单元设置为红外光源，所述图像采集单元设置为红外摄像头，所述预设频率与红外摄像头的采样帧率匹配以实现红外光在红外摄像头焦面位置成像；
其中，所述第一预设亮度阈值大于所述第二预设亮度阈值。
相对于现有技术，本发明的技术方案将所述光源补偿系统固定在视觉机器人的预定运动区域内指定位置处，不装设在视觉机器人身上，减少电池消耗。所述光源补偿系统根据应用场景对光照的要求相应的使用可见光和不可见光进行补光，并且根据视觉机器人进出所述预定运动区域进行动态调节补光，从而降低电能消耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于视觉机器人的光源补偿系统的框架示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于视觉机器人的光源补偿系统的补偿方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产
品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例提供一种用于视觉机器人的光源补偿系统，该光源补偿系统包括：
装设于视觉机器人上固定位置的图像采集单元，包括灰度摄像头、红外摄像头或者是普通的彩色摄像头，在安装图像采集单元时，为得到理想的校正结果，应使图像采集单元的摄像头尽可能与视觉机器人的底盘保持垂直且摄像头平面与地面保持一定距离，并调节图像采集单元是其在所述距离上能获取最为清晰的图像。其中，所述图像采集单元距离地面的距离取30cm。
相对于现有技术，本发明实施例中的补光单元放置于视觉机器人的预定运动区域内的指定位置处，用于当所述图像采集单元感测的图像亮度不满足实现视觉定位的光线亮度时，给所述图像采集单元补偿光源；由于所述补光单元不装设在视觉机器人的身上，故保证补光单元不对图像的采集造成影响，还能达到光照均匀的效果。优选的，所述补光单元与视觉机器人的距离在3m与8m之间。
通信单元，内置于视觉机器人中，用于在预定运动区域内通过无线通信的方式向所述补光单元传输补光命令，并接受所述补光单元的响应信号；具体地，所述通信单元通过无线网络与预定运动区域内指定位置处的所述补光单元连接在一起。
控制单元，内置于视觉机器人中，用于控制通信单元通知补光单元在不同光照条件下相应的使用可见光或不可见光进行补光，从而适应不同光照条件下的定位识别，并在不合适打开可见光的条件下控制补光单元发出不可见光实现补光识别。
优选地，所述补光单元的视野范围和所述图像采集单元的视野范围都覆盖到所述预定运动区域，其中，所述补光单元的视野范围覆盖到所述图像采集单元的视野范围，从而保证所述预定运动区域为所述图像采集单元检测到光线不足的情况下的有效的补光区域。
优选地，所述补光单元包括可控照明光源和红外光源；所述可控照明光源，用于在接收到所述补光命令后根据图像采集单元的感测结果控制通信单元通知补光单元使用可见光为所述预定运动区域补光，使得所述图像采集单元捕获到的所述预定运动区域内物体的图像亮度达到实现视觉定位的亮度阈值。其中，所述图像采集单元设置为灰度摄像头，所述视觉定位的亮度阈值也满足人眼识别物体的亮度阈值。所述视觉机器人开始视觉定位后，首先所述补光单元发出初始补光亮度，然后逐步增加补光亮度以达到所述亮度阈值；如果所述补光单元被所述控制单元通知关闭，则逐步减小补光亮度至初始补光亮度。其中所述图像采集单元设置为灰度摄像头。作为一种实施例，视觉机器人通过无线网络与室内的灯光照明连接在一起，当视觉机器人进入一个房间的预定区域内运动时，所述图像采集单元感测到的光线比较暗时，视觉机器人通过无线控制该区域的灯打开，使得视觉机器人可以看到环境的物体，且进入该区域的人员也可以清楚的看到视觉机器人，有利于保证机器人的安全运行。
优选地，所述红外光源装设在所述指定位置处的充电座上，用于在接收到基于不可见光的所述补光命令后，在不合适打开可见光的条件下控制通信单元通知补光单元发射预设频率的红外光，使得在所述预定运动区域内，所述视觉机器人在红外光源的视野范围内得到相匹配的补偿红外光以实现识别定位。其中，所述图像采集单元设置为红外摄像头，所述预设频率与红外摄像头的采样帧率匹配以实现红外光在红外摄像头焦面位置成像。作为另一种实施例，在一些不合适打开可见光的地方，在空间布置一些红外照明装置，当机器进入到该区域时，打开红外光源，使得只有机器可以看到场景，不会让可见光对其他设备和人员产生影响。具体地，视觉机器人的充电座上面安装一个红外光源，并装设在所述指定位置处。当视觉机器人在所述预定运动区域运动至所述充电座上红外光源的视野范围内时，如果光线比较暗，充电座打开红外光源发射预设频率的红外光，使得在所述预定运动区域内，所述视觉机器人在红外照明光源的视野范围内得到可识别的补偿红外光以实现定位，所述补光单元不需要对环境进行改装，方便部署。
优选地，在所述预定运动区域内，当实现视觉定位的光线亮度大于第一预设亮度阈值时，所述指定位置处的补光单元设置为可控照明光源，则所述图像采集单元设置为灰度摄像头；在不适合打开可见光的情况下，实现视觉定位的光线亮度小于第二预设亮度阈值时，所述指定位置处的补光单元设置为红外光源，则所述图像采集单元设置为红外摄像头；所述第一预设亮度阈值远大于所述第二预设亮度阈值，所述第一预设亮度阈值和所述第二预设亮度阈值根据所述光源补偿系统内置的模板图像确定的。
优选地，所述补光单元具有一组或多组，放置于所述预定运动区域内指定的不同位置处，即多个所述可控照明光源可有序地摆放在所述预定运动区域内或所述红外光源分别放置在所述预定运动区域内不同的充电座上，从而达到补偿光照均匀的效果，扩大补光的视野范围。
本发明实施例提供了一种基于上述光源补偿系统的补偿方法，包括：
步骤1、所述控制单元控制所述视觉机器人进入所述预定运动区域内，并移动到设定的拍摄点。
步骤2、所述控制单元初始化所述光源补偿系统的参数，启动所述图像采集单元进行视觉定位，并通过所述控制单元计算处理所述图像采集单元采集的图像数据。
步骤3、所述控制单元根据所述图像采集单元对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知所述补光单元从补光亮度的初始参数开始调整补光亮度，以实现动态补光；具体地，在本发明的一个实施例中，所述预定运动区域内实现视觉定位的光线亮度大于第一预设亮度阈值，则当灰度摄像头感测到光线亮度小于第一预设亮度阈值时，所述控制单元通过比较灰度摄像头采集的当前图像的平均灰度值与所述光源补偿系统内置的模板图像平均灰度值的差值来确定光照补偿值，进而控制所述通信单元通知可控照明光源开启补光，从初始补光亮度开始逐步增加至第一预设亮度阈值以实现视觉定位；当灰度摄像头感测到光线亮度大于第一预设亮度阈值时，则所述控制单元控制所述通信单元通知可控照明光源关闭补光。其中，光照亮度与图像的灰度值存在一定的对应关系，模板图像平均灰度值为正常光亮状态下图像的平均灰度值。
具体地，在本发明的另一个实施例中，所述预定运动区域内不合适打开可见光以避免可见光对其他设备和人员的影响，则该区域内实现视觉定位的光线亮度小于第二预设亮度阈值，即当红外摄像头感测到光线亮度小于第二预设亮度阈值时，所述控制单元根据红外摄像头对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知红外光源补偿预设频率的红外光，视觉机器人在所述预定运动区域内根据红外摄像头捕获的预设频率的红外光在黑暗环境下进行定位识别，从而使红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像，实现清晰的图像；当红外摄像头感测到光线亮度大于第二预设亮度阈值时则所述控制单元控制所述通信单元通知红外光源关闭光源，此时所述预定运动区域内的光照条件不再依赖红外光，而是可见光对所述图像采集单元起视觉定位主要作用；其中所述红外光源放置在充电座上。具体地，所述第一预设亮度阈值大于所述第二预设亮度阈值。
步骤4、所述视觉机器人完成视觉定位，离开所述预定运动区域，以节省电能消耗。
优选地，所述步骤二中启动所述图像采集单元进行视觉定位之前或所述步骤四中所述视觉机器人离开所述预定运动区域后，为了提高所述预定运动区域内的机器人定位导航效果，控制所述补光单元一直处于工作状态，并持续接收所述通信单元的通信命令对补偿光源的亮度进行动态调整。
优选地，为了节省所述补光单元的电能损耗，所述步骤二中启动所述图像采集单元进行视觉定位之前或所述步骤四中所述视觉机器人离开所述预定运动区域后，所述补光单元关闭工作状态。
上述补偿方法对所述补光单元采用动态补光方式，根据视觉机器人进出预定运动区域的情况开启和关闭补光单元，从而降低电能消耗，同时也满足每个拍摄点的拍摄亮度要求，以便实现准确视觉定位，机器人主体外施加的可控补光单元，有利于提高智能家居的智能化程度，具有良好的应用前景。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。
Claims (8)
1.一种用于视觉机器人的光源补偿系统，包括装设于视觉机器人上固定位置的图像采集单元,其特征在于，该光源补偿系统包括：
放置于视觉机器人的预定运动区域内的指定位置处的补光单元，用于当所述图像采集单元感测的图像亮度不满足实现视觉定位的光线亮度时，给所述图像采集单元补偿光源；
通信单元，内置于视觉机器人中，用于通过无线通信的方式向补光单元传输补光命令；
控制单元，内置于视觉机器人中，用于控制通信单元通知补光单元在不同光照条件下相应的使用可见光或不可见光进行补光。
2.根据权利要求1所述光源补偿系统，其特征在于，所述补光单元的视野范围和所述图像采集单元的视野范围都覆盖到所述预定运动区域，其中，所述补光单元的视野范围覆盖到所述图像采集单元的视野范围。
3.根据权利要求1所述光源补偿系统，其特征在于，所述补光单元包括可控照明光源，所述可控照明光源用于在接收到所述补光命令后，根据图像采集单元的感测结果控制通信单元通知补光单元使用可见光调整亮度以实现动态补光，使得所述图像采集单元捕获到的所述预定运动区域内物体的图像亮度达到实现视觉定位的亮度阈值；
其中，所述图像采集单元设置为灰度摄像头或者是普通的彩色摄像头，所述视觉定位的亮度阈值也满足人眼识别物体的亮度阈值。
4.根据权利要求1所述光源补偿系统，其特征在于，所述补光单元还包括红外光源，所述红外光源装设在所述指定位置处的充电座上，用于在不合适打开可见光的条件下控制通信单元通知补光单元发射预设频率的红外光以实现补光识别定位，使得在所述预定运动区域内，所述视觉机器人在红外光源的视野范围内得到可识别的补偿红外光以实现定位；
其中，所述图像采集单元设置为红外摄像头，所述预设频率与红外摄像头的采样帧率匹配以实现红外光在红外摄像头焦面位置成像。
5.根据权利要求3或权利要求4所述光源补偿系统，其特征在于，所述补光单元具有一组或多组，放置于所述预定运动区域内指定的不同位置处。
6.一种基于权利要求1至权利要求5所述光源补偿系统的补偿方法，其特征在于，包括：
步骤一、控制所述视觉机器人进入所述预定运动区域内；
步骤二、所述控制单元初始化所述光源补偿系统的参数，并启动所述图像采集单元进行视觉定位；
步骤三、所述控制单元根据所述图像采集单元对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知所述补光单元调整亮度以实现动态补光；
步骤四、所述视觉机器人完成视觉定位，离开所述预定运动区域。
7.根据权利要求6所述补偿方法，其特征在于，所述步骤二中，启动所述图像采集单元进行视觉定位之前，所述补光单元处于工作状态或关闭状态；
所述步骤四中，所述视觉机器人离开所述预定运动区域后，所述控制单元控制所述补光单元处于工作状态或关闭状态。
8.根据权利要求6所述补偿方法，其特征在于，步骤三中，当所述预定运动区域内实现视觉定位的光线亮度大于第一预设亮度阈值时，如果所述图像采集单元感测到光线亮度小于第一预设亮度阈值，所述控制单元通过比较所述图像采集单元采集的当前图像的平均灰度值与所述光源补偿系统内置的模板图像平均灰度值的差值来确定光照补偿值，进而控制所述通信单元通知所述补光单元开启补光；其中所述补光单元设置为可控照明光源，所述图像采集单元设置为灰度摄像头；
当所述预定运动区域内不适合打开可见光，则实现视觉定位的光线亮度小于第二预设亮度阈值，如果所述图像采集单元感测到光线亮度小于第二预设亮度阈值时，所述控制单元根据所述图像采集单元对图像亮度的感测结果控制所述通信单元通知所述补光单元补偿预设频率的红外光，使得所述视觉机器人在红外光源的视野范围内得到可识别的补偿红外光以实现定位；其中所述补光单元设置为红外光源，所述图像采集单元设置为红外摄像头，所述预设频率与红外摄像头的采样帧率匹配以实现红外光在红外摄像头焦面位置成像；
其中，所述第一预设亮度阈值大于所述第二预设亮度阈值。
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