CN110623601B - 地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质 - Google Patents

地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质，该方法包括：采集扫地机器人所处环境的声音信号；提取声音信号中的音频特征信息；根据音频特征信息确定地面材质类型。由于不同地面材质对声音信号的影响不同，从而导致不同地面材质环境下的声音信号所具有的音频特征不同，因此，基于声音信号中的音频特征可以准确识别出地面材质类型。

Description

地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质。
背景技术
随着人工智能技术的发展，各种人工智能产品不断推陈出新，比如各自各样的人工智能机器人越来越多的进入人们的日常学习、工作、生活中。其中，为了将用户从日常的清扫工作中解放出来，出现了扫地机器人，可以使用扫地机器人自动完成家庭的清扫工作。
家庭中的地面环境往往比较复杂，比如在一个家庭中，可能有些区域的地面铺设有地毯、有些区域的地面铺设的是地板、有些区域的地面铺设的是地砖。扫地机器人需要准确识别出这些地面材质，以便执行相应的清扫模式进行有针对性的清扫。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种地面材质识别方法、装置、扫地机器人和存储介质，用以准确识别出地面材质类型。
本发明实施例提供一种地面材质识别方法，包括：
采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
本发明实施例提供一种地面材质识别装置，包括：
采集模块，用于采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取模块，用于提取所述声音信号中的音频特征信息；
确定模块，用于根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
本发明实施例提供一种扫地机器人，包括：机械本体，设置在所述机械本体上的处理器和存储器，以及设置在所述机械本体的底部的声音采集器；
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现：
通过所述声音采集器采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
本发明实施例提供了一种存储计算机指令的计算机可读存储介质，当所述计算机指令被处理器执行时，致使所述处理器执行包括以下的动作：
采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
在本发明实施例中，当扫地机器人在某环境中执行清扫工作时，扫地机器人在工作过程中由于电机转动等原因会发出声音，通过采集扫地机器人所处环境的声音信号，提取该声音信号中的音频特征信息，进而根据音频特征信息确定地面材质类型。由于不同地面材质对声音信号的影响不同，从而导致不同地面材质环境下的声音信号所具有的音频特征不同，因此，基于声音信号中的音频特征可以准确识别出地面材质类型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种地面材质识别方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种地面材质识别方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种地面材质识别装置的结构示意图；
图4为与图3所示实施例提供的地面材质识别装置对应的扫地机器人的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。
图1为本发明实施例提供的一种地面材质识别方法的流程图，该地面材质识别方法可以由扫地机器人来执行，如图1所示，该方法可以包括如下步骤：
101、采集扫地机器人所处环境的声音信号。
102、提取声音信号中的音频特征信息。
103、根据音频特征信息确定地面材质类型。
本发明实施例中，扫地机器人所处的环境是指扫地机器人执行清扫任务的环境，尤其是指清扫过程中的地面材质环境。
实际应用中，扫地机器人在行走的过程中，内部的诸如电机等部件运转，会产生声音，而该声音会在扫地机器人所处环境中传输，因此，可以通过在扫地机器人上设置声音采集器，来采集扫地机器人所处环境的声音信号，对该声音信号进行音频特征提取和分析，以确定扫地机器人当前所处环境的地面材质类型。
在一可选实施例中，扫地机器人所产生的声音的传播路径可能有多种，其中一种传播路径为射向地面从而经地面反射。而不同的地面材质对该声音的影响是不同的，比如当地面材质为地毯时，地毯往往会吸收该声音的很多能量，从而导致经地毯反射后的声音信号的能量衰减严重。因此，本发明实施例中，可以利用不同地面材质环境对扫地机器人发出的声音信号的影响不同，从而导致经不同地面材质反射后的声音信号所具有的音频特征不同的特点，基于地面反射后的声音信号中的音频特征实现准确识别出地面材质类型的目的。因此，采集扫地机器人所处环境的声音信号，具体可以是：采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号。
以下将以采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号为例进行说明，但是可以理解的是，采集扫地机器人所处环境的声音信号并不仅限于此例。
本发明实施例中不对扫地机器人的形状和结构进行具体限定，但是，可以理解的时，扫地机器人在放置到地面上以进行扫地、拖地等清扫任务时，扫地机器人的机械本体底部与地面之间往往会具有一定高度的缝隙，以保证扫地机器人能够在地面上顺利的行走且降低扫地机器人在行走的过程中与地面之间的摩擦。因此，可以在扫地机器人的机械本体底部设置有声音采集器比如麦克风，以用于采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号。
在具体介绍本发明实施例提供的地面材质识别方法前，先对地面材质类型进行介绍：
扫地机器人往往多用于家庭场景，在家庭场景中，地面环境往往比较复杂，比如某些家庭中，在厨房、卫生间铺设地砖，其他房间铺设的是地板，并且，比如在客厅或某些房间内还可能铺设有小面积的地毯、脚垫等。因此，在本发明实施例中，可以根据实际家庭场景下的常见地面材质情况，将地面材质类型划分为地毯、地板和地砖材质。
值得说明的是，本发明实施例中所说的地面材质，是指扫地机器人所直接行走于的介质的材质，也就是说，本发明实施例中的地面是指机器人直接行走于的介质。比如，当在地板地面上铺设有一块地毯时，在清扫该地毯时，扫地机器人是直接行走在该地毯上的，因此，此时的地面材质是指的地毯，而非地毯下面的地板。
另外，可以理解的是，不管对地面材质类型预先进行了如何的具体划分，划分得到的每种类型的地面材质对扫地机器人发出的声音信号的影响是不同的，尤其是对经地面反射后的声音信号的影响是不同的，而该影响可以通过经不同类型的地面材质反射后的声音信号中所含的音频特征信息不同来表现。
因此，为了能够基于音频特征的不同来识别不同类型的地面材质，需要预先获得不同类型的地面材质所各自对应的音频特征，为描述方便，可以称为参考音频特征。从而，在执行步骤103的过程中，可以将步骤102得到的音频特征信息与各地面材质类型分别对应的参考音频特征进行匹配，以得到扫地机器上当前工作于的地面的材质类型。
在获得上述参考音频特征的过程中，可以将一种或多种型号的扫地机器人分别置于地面材质类型已知的地面环境下，并且，针对同一种地面材质类型可以选择多种不同的具体地面材质，从而测算出不同地面材质类型分别对应的参考音频特征。另外，当不同型号的扫地机器人在同一地面材质类型下各自对应的参考音频特征差异的较大时，也可以分别针对不同型号的扫地机器人设置在各种类型的地面材质下分别对应的参考音频特征。比如，针对型号为A的扫地机器人，设置在地毯材质下对应的参考音频特征为a1，在地板材质下对应的参考音频特征为a2；针对型号为B的扫地机器人，设置在地毯材质下对应的参考音频特征为b1，在地板材质下对应的参考音频特征为b2。从而，在执行上述步骤103的过程中，根据此时扫地机器人的型号确定需要采用哪一组参考音频特征。
本发明实施例中所使用的音频特征信息可以包括：短时能量、过零率、过零率与峰值幅度(Zero-Crossing with Peak-Amplitudes，ZCPA)、美尔频率倒谱系数(MelFrequency Cepstrum Coefficient，MFCC)、线性预测倒谱系数(Linear PredictionCepstrum Coefficient，LPCC)等中的一个或多个。可以理解的是，当采用多种音频特征信息时，为保证识别准确性，只有在该多种音频特征信息与同一地面材质类型对应的相应多种参考音频特征匹配时，才认为当前扫地机器人所处的地面材质为该同一地面材质类型。
下面对在本发明实施例提供的地面材质识别方法的执行过程进行具体介绍：用户可以将扫地机器人置于某个初始位置，之后触发扫地机器人开始执行清扫过程。此时扫地机器人可以是首次执行清扫工作也可以不是首次执行清扫工作，而一般地，当扫地机器人不是首次执行清扫工作时，扫地机器人可能基于现有的清扫工作逻辑已经生成有环境地图，该环境地图反映了扫地机器人在清扫过程中可以行走的位置轨迹，甚至该环境地图中还可以包括房间的布局信息等信息。如果扫地机器人当前是首次执行清扫工作，则可以在该首次清扫过程中基于现有的环境地图生成方式生成该环境地图。从而，当扫地机器人已经生成有环境地图的情况下，可选地，扫地机器人在本次清扫过程中可以基于该环境地图中指示的轨迹进行行走，在行走的过程中完成清扫任务。
扫地机器人自开机进行清扫开始便会由于内部电机等部件的运行而发出声音，扫地机器人此时可以控制声音采集器开启以开始进行经地面反射的声音信号的采集。为尽量保证声音采集器所采集的声音信号是扫地机器人发出的经地面反射的声音，可以在扫地机器人的机械本体的底部设置有音腔，将声音采集器置于音腔内，且音腔的内壁上设置有消音材料，从而尽量保证声音采集器收到的声音是地面反射来的声音，而非通过扫地机器人的壳体传来的声音。
由于扫地机器人所工作于的地面环境的复杂性，比如当前清扫的房间内可能某块区域内铺设有地毯，其他区域内的地面都是地板材质，再比如可能不同房间的地面材质类型不同，因此，在扫地机器人清扫过程中，需要近乎实时地识别出当前所经过的区域的地面材质类型。
为此，采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，可以实现为：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，第二预设时长的声音信号是扫地机器人在第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号。从而，提取声音信号中的音频特征信息，实现为：提取当前采集到的第二预设时长的声音信号中的音频特征信息，也就是说，针对每次采集到的第二预设时长的声音信号进行音频特征信息提取处理。
其中，在一可选方式中，声音采集器可以自被开启之后，一直不间断地采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，进而在声音采集器已经采集一段时间后，可以针对已经采集的全部声音信号，先采集第一个第二预设时长的声音信号即相当于先从头开始截取一个第二预设时长的声音片段，之后间隔第一预设时长，再采集第二个第二预设时长的声音信号，依次类推。
其中，在另一可选方式中，也可以通过对声音采集器进行开关控制来实现每隔第一预设时长采集一个第二预设时长的声音信号的目的。比如，自声音采集器开启后，在计时达到第二预设时长时，控制声音采集器关闭，此时从声音采集器得到第一个第二预设时长的声音信号，对该声音信号进行音频特征信息提取，之后在从声音采集器关闭时刻开始计时达到第一预设时长时，再次控制声音采集器开启，采集第二个第二预设时长的声音信号，依次类推。
实际应用中，上述第一预设时长、第二预设时长等时间信息可以结合扫地机器人的行走速度、识别的实时性需求等因素合理设定。在以下的一些举例中，假设第一预设时长为500ms，第二预设时长为300ms。
在上述声音信号的采集方式下，对于当前采集到的某个第二预设时长的声音信号，提取其中的音频特征信息，该音频特征信息可以是上述举例的几种音频特征中的一种或多种。
比如，该音频特征信息可以是短时能量，从而可以计算当前采集到的第二预设时长的声音信号的短时能量。
实际应用中，为了保证音频特征信息提取结果的准确性，可选地，在对当前采集到的第二预设时长的声音信号进行音频特征信息提取之前，还可以对该声音信号进行一定的预处理，该预处理比如可以包括分帧、加窗、滤波等处理。比如，在第二预设时长为300ms的假设下，假设以每帧30ms的方式对这300ms的声音信号进行分帧处理，则这300ms的声音信号将会被分为10帧数据，进而可以对每帧数据进行加窗、滤波等处理，以去除每帧数据中的干扰信号。此时，在计算这300ms声音信号的短时能量的过程中，可以分别计算这10帧数据各自对应的短时能量，进而将这10帧数据各自对应的短时能量加和得到这300ms声音信号的短时能量。
在一可选实施例中，在得到当前采集到的第二预设时长的声音信号的音频特征信息后，即可以根据该音频特征信息确定此时扫地机器人正在经过的区域的地面材质类型，从而，可选地，还可以基于该地面材质类型识别结果调整扫地机器人的清扫模式与该识别结果对应即根据确定出的地面材质类型调整扫地机器人的清扫模式。
仍然承接上述举例，在得到上述300ms声音信号的短时能量后，可以将该短时能量与不同地面材质类型各自对应的参考短时能量范围进行匹配以确定扫地机器人正在经过的位置的地面材质类型。
比如，若该短时能量与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定扫地机器人正在经过的区域的地面材质类型为地毯材质。从而，可以调节扫地机器人的清扫模式与地毯材质匹配。比如，若该短时能量与地板材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定扫地机器人正在经过的区域的地面材质类型为地板材质。从而，可以调节扫地机器人的清扫模式与地板材质匹配。比如，若该短时能量与地砖材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定扫地机器人正在经过的区域的地面材质类型为地砖材质。从而，可以调节扫地机器人的清扫模式与地砖材质匹配。
关于清扫模式的调节，比如，对于地毯材质来说，若此时进行的是扫地工作，则可以加大清扫吸力，若此时进行的是拖地工作，则可以控制停止在地毯材质上喷水。比如，对于地板材质来说，可以以标准吸力大小进行清扫。再比如，对于地砖材质来说，若此时进行的是拖地工作，则可以减少向地砖材质上的喷水量。
综上，在本实施例中，由于不同地面材质环境对声音信号的影响不同，从而导致经不同地面材质反射后的声音信号所具有的音频特征不同，因此，基于声音信号中的音频特征可以准确识别出地面材质类型。另外，基于上述可选实施例的介绍，在理想情况下，当扫地机器人在执行清扫任务的过程中如果能够几乎实时地识别出扫地机器人正在经过的位置所对应的地面材质类型，则可以实时地根据地面材质类型的识别结果调整扫地机器人的清扫模式。
假设采用的音频特征为短时能量，在一些实际应用场景中，地板材质和地砖材质仅基于当前采集到的第二预设时长的声音信号的短时能量可能无法准确识别，因为有些地板材质和地砖材质的短时能量较为接近。但是，经过大量测试发现，地毯材质与地板和地砖材质在短时能量方便具有明显的差异。
因此，在一可选实施例中，当无法基于短时能量区分当前采集到的第二预设时长的声音信号所对应的区域的地面材质是地板材质还是地砖材质时，可以进而提取该声音信号中的其他音频特征，结合其他音频特征进行识别，若能够识别出地板材质和地砖材质，则可以随即根据识别结果调整扫地机器人的清扫模式与识别结果相适应。
而在另一可选实施例中，如果能够根据当前采集到的第二预设时长的声音信号的短时能量实时地识别出当前扫地机器人所经过的区域为地毯材质，则可以在扫地机器人当前执行清扫任务的过程中根据该地毯材质的识别结果进行清扫模式的适应性调整，而可选地，当无法实时地识别出当前扫地机器人所经过的区域是地板材质还是地砖材质时，可以确定扫地机器人按照默认的标准清扫模式进行该位置的清扫。但是在该情况下，为了能够在扫地机器人执行本次的清扫任务的过程中可以识别出扫地机器人所行走过的各种地面材质类型，以便可以在下次执行清扫任务的过程中可以使用本次清扫任务执行过程中对地面材质类型的识别结果进行有针对性的清扫，本发明实施例还提供了如图2所示的识别地板材质和地砖材质的方案。基于该方案，在本次扫地机器人执行清扫任务的过程中，可以生成具有地面材质类型标记的环境地图，以便于扫地机器人可以在下次执行清扫任务的过程中，基本本次生成的具有地面材质类型标记的环境地图进行清扫。
图2为本发明实施例提供的另一种地面材质识别方法的流程图，该地面材质识别方法可以由扫地机器人来执行，如图2所示，该方法可以包括如下步骤：
201、每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号。
该第二预设时长的声音信号的采集可以参考前述实施例中的相关说明，在此不赘述。
202、将第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出第二预设时长的声音信号对应的区域在扫地机器人存储的环境地图中的位姿。
203、计算当前采集到的第二预设时长的声音信号的短时能量。
204、若该短时能量与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定所述区域对应于地毯材质，在环境地图上将该区域标记为地毯材质；若该短时能量不与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定该区域对应于非地毯材质，在环境地图上将该区域标记为非地毯材质。
在本实施例中，对地面材质类型的识别可以分为两个阶段：
第一阶段是，针对每次采集到的第二预设时长的声音信号，在扫地机器人已存储的环境地图中确定与当前采集到的第二预设时长的声音信号对应的区域，并根据其短时能量确定其对应的区域是否对应于地毯材质，为该区域进行地面材质类型标记。具体地，若该短时能量与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则可以直接确定该区域对应于地毯材质，在环境地图上将该区域标记为地毯材质。相对的，若该短时能量不与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定该区域对应于非地毯材质，在环境地图上将该区域暂时标记为非地毯材质，待后续准确识别出该区域是对应于地板材质还是地砖材质后再进行标记修改。
也就是说，通过第一阶段，得到了对应于地毯材质的各区域，而暂时将无法准确识别出地板材质和地砖材质的区域标记为非地毯材质，以便于在第二阶段对这些标记为非地毯材质的区域进行地板材质和地砖材质的准确识别。
其中，可以理解的是，针对某个第二预设时长的声音信号来说，之所以说确定其对应的区域而非位置点是因为扫地机器人是处于移动状态中的，在第二预设时长内会行走了一定的距离，将该第二预设时长内扫地机器人行走过的区域称为该第二预设时长的声音信号对应的区域。
而扫地机器人在以前的行走过程中，可以基于传统方式形成环境地图，该环境地图中记录有扫地机器人可以行走的位置空间，可选地，该环境地图中还可以包括扫地机器人预先学习生成的房间布局信息，房间布局信息比如为各房间的范围，障碍物位置等信息。
从而，扫地机器人在行走过程中，可以采集当前第二预设时长所对应的区域的环境信息，其中，第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息，可以是基于扫地机器人上设置的位姿传感器等器件在当前第二预设时长内分别确定出的扫地机器人的位置序列、行走方向等信息。进而，将该环境信息与已经存储的环境地图进行比对，以定位出该区域在扫地机器人存储的环境地图中的位姿，其中，位姿是指位置和行走方向。相当于，在环境地图中找到与当前采集的第二预设时长的声音信号对应的区域。
其中，上述第二预设时长的声音信号的短时能量的计算可以参考前述实施例中的介绍，在此不赘述。
另外，在一可选实施例中，为了进一步提高地毯材质识别结果的准确性，还提供了如下的地毯材质识别结果修正方案：
若具有地毯材质标记的连续N个区域中包含具有非地毯材质标记的区域，则计算N个区域对应的N个声音信号的功率谱，N>1；
若功率谱的功率分布特征与地毯材质对应的功率分布特征匹配，则将N个区域中包含的具有非地毯材质标记的区域重新标记为地毯材质。
该N的取值可以预先设定，比如取值为5。假设第二预设时长为300ms，并且假设连续采集的多个300ms的声音信号各自对应的区域依次被标记为：地毯材质、地毯材质、地毯材质、非地毯材质、地毯材质、地毯材质，则可选地，可以在发现一个或少量几个非地毯材质标记的前、后都具有多个地毯材质标记时，认为该非地毯材质标记存在标记错误的可能性，此时，可以以该非地毯材质标记对应的声音信号为基准，分别获取其前、后相邻的两个300ms的声音信号，从而由其前面采集到的两个300ms的声音信号，其后面采集到的两个300ms的声音信号以及自身这5个300ms的声音信号构成需要进行功率谱分析的声音信号组，进而计算该声音信号组的功率谱，若功率谱的功率分布特征与地毯材质对应的功率分布特征匹配，则确定5个300ms声音信号各自对应的区域都应该被标记为地毯材质，从而，可以将其中包含的具有非地毯材质标记的区域重新标记为地毯材质。其中，该功率分布特征是指功率谱的功率幅值的主要分布区间，不同类型的地面材质对应的功率幅值主要分布区间不同。
通过该修正方案，可以进一步保证地毯材质识别结果的准确性。
本实施例中，对地毯材质的实时识别以及对地毯材质实时识别结果的修正方案都表明了对地毯材质的准确识别的需求高于地板材质和地砖材质的识别需求，这与实际家庭环境中对不同地面材质的识别的迫切性相适应，因为扫地机器人通常的清扫任务主要分为扫地和拖地两种任务，在拖地任务中，显然地，地毯区域不应该进行拖地清扫即不应该喷水，而地板和地砖区域都可以进行拖地清扫，此时，对地板和地砖材质的区别主要用以控制喷水量；在清扫任务中，显然地，由于地毯区域的摩擦力较大，扫地机器人应该以更大的吸力来清扫地毯区域，而地板和地砖区域虽然表明光滑程度也有区别，但是差异不明显，即使本次清扫过程中不针对地板和地砖材质进行差异性的清扫模式调节，对清扫任务的完成即保证一定清洁度影响不大。因此，适应该实际需求，本实施例中，可以实时识别出地毯材质，进而根据地毯材质识别结果调整扫地机器人的清扫模式与地毯材质匹配，而对于非地毯材质，可以在执行完本次清扫任务之后或者其他滞后的时机再进行区分，以在下一次的清扫任务中可以使用本此地面材质类型的识别结果。
205、从位于同一房间内的具有非地毯材质标记的M个区域中选出连续的K个区域，M>K>1。
206、根据K个区域各自对应的声音信号，确定K个区域对应的短时能量分布特征，短时能量分布特征包括峰值幅度和相邻峰值之间的时间间隔。
207、根据短时能量分布特征确定M个区域对应的地面材质类型。
如前所述，本实施例中，可以在扫地机器人完成本次清扫任务之后，也就是说可以在扫地机器人回到充电桩充电或者关机后执行地板材质和地砖材质的识别过程。
另外，结合一般家庭环境的通常设计情况，同一个房间内往往不会同时铺设有地板和地砖，因此，为提高地板材质和地砖材质的识别效率，本实施例中，假设扫地机器人在本地清扫过程中总共有打点了Z个区域即总共采集了Z个第二预设时长的声音信号，假设其中有P个区域标记为地毯材质，则剩下而Z-P个区域都具有非地毯标记，而这Z-P个非地毯材质标记可能分布在不同的房间内。在扫地机器人预先已经生成有房间布局信息的情况下，扫地机器人可以确定出哪些非地毯材质标记位于同一房间内，假设其中的M个非地毯材质标记所对应的M个区域位于同一房间内。基于同一房间内不会同时具有地板材质和地砖材质的假设，为了提供识别效率，可以从这M个区域中选择出连续的K个区域。
本实施例中，进行地砖材质和地板材质识别所基于的是地板和地砖的尺寸的差异以及地板间缝隙和地砖间缝隙对应的短时能量幅值的差异。而扫地机器人在清扫过程中是走直线的，因此，为了保证识别结果的准确性，筛选出的K个区域应该是扫地机器人先后依次经过的K个区域且这K个区域所形成的轨迹应该在一条直线上，而且这K个区域应该可以保证扫地机器人穿过多块地板或地砖。因此，可以根据第一预设时长、第二预设时长、扫地机器人的预设行走速度、地板尺寸、地砖尺寸确定K的取值。其中，可以让用户预先输入其家庭场景中的地板尺寸、地砖尺寸，在进行K取值确定的时候，可以选用地板尺寸、地砖尺寸中较大的一个。
在筛选出K个区域后，可以根据K个区域各自对应的声音信号，确定K个区域对应的短时能量分布特征，进而根据该短时能量分布特征确定这K个区域对应的地面材质类型是地砖材质还是地板材质，而且，这K个区域对应的地面材质类型确定之后，包含这K个区域的M个区域的地面材质类型也确定为与该K个区域对应的地面材质类型一致。
可选地，根据K个区域各自对应的声音信号确定K个区域对应的短时能量分布特征，可以实现为：
以预设采样频率对K个区域对应的声音信号进行采样；
生成K个区域对应的短时能量谱，短时能量谱反映了各采样数据的短时能量与采样时间的对应关系；
根据短时能量谱确定K个区域对应的短时能量分布特征。
其中，在初始采集K个区域各自对应的第二预设时长的声音信号时，可以记录下每个第二预设时长的声音信号的采集时间，即记录有每个第二预设时长的声音信号的起始采集时间以及采集结束时间，而且，在以预设采样频率对K个第二预设时长的声音信号进行采样时，结合采样频率和每个第二预设时长的声音信号的起始采集时间和采集结束时间，可以确定每个采样数据的采样时间。针对每个采样数据，可以计算其短时能量，从而，可以得到每个采样时间与短时能量的对应关系。建立一个坐标系，其中一个坐标轴对应于采样时间、另一个坐标轴对应于短时能量，将采样时间与短时能量的对应关系绘制在该坐标系中，从而得到了短时能量谱。进而，确定该短时能量谱中的各峰值幅度以及峰峰值之间的时间间隔，得到以峰值幅度和相邻峰值之间的时间间隔表达的短时能量分布特征。其中，峰值对应于地板或地砖之间的缝隙位置，相邻峰值之间的时间间隔乘以扫地机器人的行走速度即为相邻缝隙的距离。
从而，若短时能量分布特征符合预设的地板短时能量分布特征，则将M个区域标记为地板材质；若短时能量分布特征符合预设的地砖短时能量分布特征，则将M个区域标记为地砖材质，从而实现了地板材质和地砖材质的准确识别，另外，此时环境地图中的若干区域都关联上了地面材质类型标记，可以将带有地面材质类型标记的环境地图保存下来，以便扫地机器人下次清扫时可以使用该环境地图，比如，可以基于该环境地图查询当前行走到的位置对应的地面材质类型，从而适应性的调整清扫模式。
而实际应用中，家居地面环境可能会发生改变，因此，扫地机器人可以在用户的控制下触发地面材质识别的过程，或者也可以在每次执行清扫任务的过程中都执行地面材质识别的过程。
综上，本发明实施例中，基于对扫地机器人工作过程中产生的经地面反射的声音信号的音频特征信息的提取和分析，实现对地面材质类型的准确识别。
以下将详细描述本发明的一个或多个实施例的地面材质识别装置。本领域技术人员可以理解，这些地面材质识别装置均可使用市售的硬件组件通过本方案所教导的步骤进行配置来构成。
图3为本发明实施例提供的一种地面材质识别装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：采集模块11、提取模块12、确定模块13。
采集模块11，用于采集扫地机器人所处环境的声音信号。
提取模块12，用于提取所述声音信号中的音频特征信息。
确定模块13，用于根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
可选地，该装置还可以包括：调整模块，用于根据所述地面材质类型调整所述扫地机器人的清扫模式。
可选地，所述采集模块11具体可以用于：采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号。
可选地，所述采集模块具体可以用于：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，所述第二预设时长的声音信号是所述扫地机器人在所述第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号。
相应地，所述提取模块12可以用于：提取当前采集到的第二预设时长的声音信号中的音频特征信息。
可选地，所述确定模块13具体可以用于：将所述第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与所述扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出所述第二预设时长的声音信号对应的区域在所述扫地机器人存储的环境地图中的位姿；根据所述音频特征信息确定所述区域对应的地面材质类型。
可选地，所述提取模块12具体可以用于：计算所述第二预设时长的声音信号的短时能量。
相应地，所述确定模块13具体可以用于：根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型。
具体地，所述确定模块13可以用于：若所述短时能量与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定所述区域对应于地毯材质，以及在所述环境地图上将所述区域标记为地毯材质；若所述短时能量不与所述地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定所述区域对应于非地毯材质，以及在所述环境地图上将所述区域标记为非地毯材质。
可选地，所述确定模块13还可以用于：若具有地毯材质标记的连续N个区域中包含具有非地毯材质标记的区域，则计算所述N个区域对应的N个声音信号的功率谱，N>1；若所述功率谱的功率分布特征与所述地毯材质对应的功率分布特征匹配，则将所述N个区域中包含的具有非地毯材质标记的区域重新标记为地毯材质。
可选地，所述确定模块13还可以用于：从位于同一房间内的具有非地毯材质标记的M个区域中选出连续的K个区域，M>K>1；根据所述K个区域各自对应的声音信号，确定所述K个区域对应的短时能量分布特征，所述短时能量分布特征包括峰值幅度和相邻峰值之间的时间间隔；根据所述短时能量分布特征确定所述M个区域对应的地面材质类型。
可选地，所述确定模块13可以用于：若所述短时能量分布特征符合预设的地板短时能量分布特征，则将所述M个区域标记为地板材质；若所述短时能量分布特征符合预设的地砖短时能量分布特征，则将所述M个区域标记为地砖材质。
可选地，所述确定模块13还可以用于：根据所述第一预设时长、所述第二预设时长、所述扫地机器人的预设行走速度、地板尺寸、地砖尺寸确定所述K的取值。
可选地，所述确定模块13还可以用于：以预设采样频率对所述K个区域对应的声音信号进行采样；生成所述K个区域对应的短时能量谱，所述短时能量谱反映了各采样数据的短时能量与采样时间的对应关系；根据所述短时能量谱确定所述短时能量分布特征。
图3所示装置可以执行前述各实施例提供的地面材质识别方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对前述实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见前述实施例中的描述，在此不再赘述。
以上描述了地图生成装置的内部功能和结构，在一个可能的设计中，地面材质识别装置的结构可实现为扫地机器人，如图4所示，该扫地机器人可以包括：机械本体21，设置在机械本体21上的处理器22和存储器23，以及设置在机械本体的底部的声音采集器24。
在一可选实施例中，为了保证地面材质类型识别结果的准确性，使得声音采集器24采集的尽量是扫地机器人发出的经过地面反射后的声音信号，可以在机械本体21的底部设置有音腔，声音采集器24位于该音腔内，而且，音腔的腔体内壁具有消音材料，从而可以有效屏蔽来自扫地机器人内部器件的声音通过扫地机器人的壳体传输至声音采集器24。
其中，所述存储器23用于存储支持该扫地机器人执行前述实施例中提供的地面材质识别方法的程序，所述处理器22被配置为用于执行所述存储器23中存储的程序。
所述程序包括一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器22执行时能够实现如下步骤：
通过所述声音采集器采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
可选地，所述处理器21还用于执行前述各实施例中的全部或部分步骤。
机械本体21是扫地机器人赖以完成作业任务的执行机构，可以在确定的环境中执行处理器22指定的操作。其中，处理器22、存储器23可设置于机械本体21内部，也可以设置于机械本体21的表面。另外，机械本体21上还可以设置有扫地机器人的一些基本组件，例如清扫组件、传感器组件、电源组件等。
另外，本发明实施例提供了一种存储计算机指令的计算机可读存储介质，当所述计算机指令被处理器执行时，致使所述处理器执行包括以下的动作：
采集扫地机器人所处环境的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型。
另外，当所述计算机指令被处理器执行时，还可以致使所述处理器执行上述各实施例中的地面材质识别方法所涉及的程序。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机产品的形式体现出来，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程地图生成设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程地图生成设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程地图生成设备以特定方式楼层的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程地图生成设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种地面材质识别方法，其特征在于，包括：
采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，包括：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，所述第二预设时长的声音信号是所述扫地机器人在所述第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息,包括：计算当前采集到的所述第二预设时长的声音信号的短时能量；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型，包括：将所述第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与所述扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出所述第二预设时长的声音信号对应的区域在所述扫地机器人存储的环境地图中的位姿；根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述地面材质类型调整所述扫地机器人的清扫模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型，包括：
若所述短时能量与地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定所述区域对应于地毯材质，以及在所述环境地图上将所述区域标记为地毯材质；
若所述短时能量不与所述地毯材质对应的参考短时能量范围匹配，则确定所述区域对应于非地毯材质，以及在所述环境地图上将所述区域标记为非地毯材质。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若具有地毯材质标记的连续N个区域中包含具有非地毯材质标记的区域，则计算所述N个区域对应的N个声音信号的功率谱，N>1；
若所述功率谱的功率分布特征与所述地毯材质对应的功率分布特征匹配，则将所述N个区域中包含的具有非地毯材质标记的区域重新标记为地毯材质。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
从位于同一房间内的具有非地毯材质标记的M个区域中选出连续的K个区域，M>K>1；
根据所述K个区域各自对应的声音信号，确定所述K个区域对应的短时能量分布特征，所述短时能量分布特征包括峰值幅度和相邻峰值之间的时间间隔；
根据所述短时能量分布特征确定所述M个区域对应的地面材质类型。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述短时能量分布特征确定所述M个区域对应的地面材质类型，包括：
若所述短时能量分布特征符合预设的地板短时能量分布特征，则将所述M个区域标记为地板材质；
若所述短时能量分布特征符合预设的地砖短时能量分布特征，则将所述M个区域标记为地砖材质。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一预设时长、所述第二预设时长、所述扫地机器人的预设行走速度、地板尺寸、地砖尺寸确定所述K的取值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述K个区域各自对应的声音信号，确定所述K个区域对应的短时能量分布特征，包括：
以预设采样频率对所述K个区域对应的声音信号进行采样；
生成所述K个区域对应的短时能量谱，所述短时能量谱反映了各采样数据的短时能量与采样时间的对应关系；
根据所述短时能量谱确定所述短时能量分布特征。
9.一种地面材质识别装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，具体用于：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，所述第二预设时长的声音信号是所述扫地机器人在所述第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号；
提取模块，用于提取所述声音信号中的音频特征信息，具体用于：计算当前采集到的所述第二预设时长的声音信号的短时能量；
确定模块，用于根据所述音频特征信息确定地面材质类型，具体用于：将所述第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与所述扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出所述第二预设时长的声音信号对应的区域在所述扫地机器人存储的环境地图中的位姿；根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型。
10.一种扫地机器人，其特征在于，包括：机械本体，设置在所述机械本体上的处理器和存储器，以及设置在所述机械本体的底部的声音采集器；
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现：
通过所述声音采集器采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，包括：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，所述第二预设时长的声音信号是所述扫地机器人在所述第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息，包括：计算当前采集到的所述第二预设时长的声音信号的短时能量；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型，包括：将所述第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与所述扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出所述第二预设时长的声音信号对应的区域在所述扫地机器人存储的环境地图中的位姿；根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型。
11.根据权利要求10所述的扫地机器人，其特征在于，在所述机械本体的底部设置有音腔，所述声音采集器位于所述音腔内，所述音腔的腔体内壁具有消音材料。
12.一种存储计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机指令被处理器执行时，致使所述处理器执行包括以下的动作：
采集扫地机器人在清扫过程中发出的经地面反射的声音信号，包括：每隔第一预设时长采集第二预设时长的声音信号，所述第二预设时长的声音信号是所述扫地机器人在所述第二预设时长内发出的经地面反射的声音信号；
提取所述声音信号中的音频特征信息,包括：计算当前采集到的所述第二预设时长的声音信号的短时能量；
根据所述音频特征信息确定地面材质类型，包括：将所述第二预设时长的声音信号对应的区域的环境信息与所述扫地机器人存储的环境地图进行比对，以定位出所述第二预设时长的声音信号对应的区域在所述扫地机器人存储的环境地图中的位姿；根据所述短时能量确定所述区域对应的地面材质类型。
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