CN110686687B - 视觉机器人构建地图的方法、机器人和芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能机器人领域，涉及一种视觉机器人构建地图的方法、机器人及芯片，通过获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。通过降低特征匹配错误，提高位移计算准确度，从而达到降低地图误差的效果。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种视觉机器人构建地图的方法、机器人和芯片。
背景技术
随着机器人技术的发展，智能机器人已经在慢慢地参与我们的日常生活，而这些智能机器人一般具有定位导航功能。目前主流的机器人定位与构建地图技术是SLAM(Simultaneous Localization And Mapping，即时定位与地图构建)，即在未知环境中，让机器人一边移动一边绘制出当前环境的地图。在绘制地图的过程中，需要获取当前环境的图像，并将位移前后的图像进行特征匹配，根据匹配结果获取机器人的位移量。由于当前环境中可能存在周期性的纹理，可能导致特征点匹配错误，这样导致计算的位移准确度较低，从而导致构建的地图误差较大的缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种视觉机器人构建地图的方法、机器人及芯片，旨在达成降低地图误差的效果。
为实现上述目的，本发明提供的视觉机器人构建地图的方法，包括以下步骤：获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。
可选地，所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤，还包括：对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配；获取特征匹配结果，并根据所述匹配结果计算两帧间的位移；根据所述位移构建地图。
可选地，所述根据所述位移构建地图的步骤包括：判断所述第二画面帧的特征是否为预设特征；当所述第二画面帧的特征不为预设特征时，根据地图数据和所述位移计算所述特征的地图坐标，将所述特征保存为预设特征更新地图数据。
可选地，所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之前，还包括：对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行预处理。
可选地，所述预处理包括：灰度化处理、降噪处理、图像增强处理、图像边缘处理及二值化处理中的至少一个。
可选地，所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配的步骤，还包括：对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取；获取所述特征的关键点信息；根据所述关键点信息计算所述特征的描述信息；根据所述特征的描述信息进行匹配。
可选地，所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之后，还包括：检测所述地图数据中是否存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据；当存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据时，获取所述第二画面帧与所述预设图像数据的坐标差，根据所述坐标差更新所述地图数据。
可选地，所述条纹图案为渐变图案或者周期性变化的纹理图案。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种机器人，所述机器人包括：激光发射装置、摄像装置、驱动装置、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上述所述的视觉机器人构建地图的方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种芯片，所述芯片上存储有构建地图程序，所述构建地图程序被处理器执行时实现如上述所述的视觉机器人构建地图的方法的步骤。
本发明提出的一种视觉机器人构建地图的方法、机器人及芯片，获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。通过降低特征匹配错误，提高位移计算准确度，从而达到降低地图误差的效果。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的机器人结构示意图；
图2为本发明所述视觉机器人构建地图的方法的一种实施例的流程示意图；
图3为本发明所述视觉机器人构建地图的方法的另一实施例的流程示意图；
图4为本发明所述视觉机器人构建地图的方法的又一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
现有的机器人定位与构建地图技术，在绘制地图的过程中，需要获取当前环境的图像，并将位移前后的图像进行特征匹配，根据匹配结果获取机器人的位移量。由于当前环境中可能存在周期性的纹理，可能导致特征点匹配错误，这样导致计算的位移准确度较低，从而导致构建的地图误差较大的缺点。
为了解决构建的地图误差较大的缺点，本发明实施例提出了一种视觉机器人构建地图的方法，机器人及芯片。其中，所述视觉机器人构建地图的方法的主要解决方案是：获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。
由于本方案在所述条纹图案上形成预设光斑之后，提取所述画面帧的特征进行匹配，降低特征匹配错误。因此，本发明实施例提出的视觉机器人构建地图的方法可以解决上述缺陷，这样达到降低地图误差的效果。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的机器人结构示意图。
如图1所示，该机器人可以包括：通信总线1001，处理器1002，例如CPU，，驱动装置1003，激光发射装置1004，摄像装置1005，存储器1006。其中，通信总线1001用于实现这些组件之间的连接通信。驱动装置1003是驱动所述机器人移动的装置。激光发射装置1004是在激光发射路线上的形成预设光斑的装置。摄像装置1005是拍摄所述机器人所在空间的装置，可以是单目相机、双目相机和RGB-D（深度相机）等。存储器1006可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1006可选的还可以是独立于前述处理器1002的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的机器人结构并不构成对机器人的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1006中可以包括驱动模块、摄像模块、激光发射模块以及构建地图程序。
在图1所示的机器人中，处理器1002可以用于调用存储器1006中存储的控制程序，并执行以下操作：获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。
进一步地，处理器1002可以调用存储器1006中存储的构建地图程序，还执行以下操作：检测所述地图数据中是否存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据；当存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据时，获取所述第二画面帧与所述预设图像数据的坐标差，根据所述坐标差更新所述地图数据。
参照图2，在本发明视觉机器人构建地图的方法的一实施例中，所述视觉机器人构建地图的方法包括以下步骤：步骤S10、获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；步骤S20、当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；步骤S30、获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；步骤S40、对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图。
在本实施例中，所述拍摄数据是所述摄像装置拍摄的所述机器人所处空间的画面帧。所述条纹图案为渐变图案或者周期性变化的纹理图案。所述预设形状的光斑是所述激光发射装置在具有条纹图案的物体上形成的具有特定形状的光斑，用于区分拍摄数据中的相似特征。所述特征可以是边缘轮廓特征，包括凸包、凹缺、角点、线夹角和多边形等。所述关键点信息是所述画面帧的所述特征在图像中的相对位置信息，可以包括特征的坐标信息和方向信息。所述描述信息是描述了特征及其周围的像素信息。所述预设特征是预先保存的地图特征及其相关信息。所述地图数据包含预设图像数据、所述预设特征及其相互关系。
所述摄像装置拍摄机器人当前所处的空间环境，并将所述拍摄数据发送给所述处理器，所述处理器接收所述拍摄数据后，提取所述拍摄数据的画面帧，并提取所述画面帧的图像特征，根据所述图像特征判断所述画面帧是否存在条纹图案。当所述画面帧中存在条纹图案时，所述激光发射装置在具有条纹图案的物体上形成预设形状的光斑。所述摄像装置将当前拍摄数据作为第一画面帧发送给所述处理器，所述驱动装置驱动所述机器人发生位移，并将位移后的所述拍摄数据作为第二画面帧发送给所述处理器。所述处理器提取所述第一画面帧的图像特征作为第一特征，获取所述第一特征的第一关键点信息，并根据第一关键点信息计算所述第一特征的第一描述信息；同样的，提取所述第二画面帧的图像特征作为第二特征，获取所述第二特征的第二关键点信息，并根据第二关键点信息计算所述第一特征的第二描述信息；根据所述第一描述信息和所述第二描述信息计算所述第一特征和所述第二特征的匹配度。当所述匹配度大于预设匹配度时，获取相互匹配的所述第一特征和所述第二特征，获取所述机器人位移前与所述匹配的第一特征的第一距离，获取所述机器人位移后与所述匹配的第二特征的第二距离。根据所述第一距离和第二距离计算所述机器人的位移。获取所述第二画面帧的特征并读取存储器中的预设特征，逐一判断所述第二画面帧的特征是否为预设特征；当所述第二画面帧的特征不为预设特征时，根据存储器中相关的地图数据和所述位移计算所述特征的地图坐标，将所述特征及其相关信息保存为预设特征。
在本实施例公开的技术方案中，由于传统的地图构建方法是直接对位移前后的图像进行特征匹配，然后根据匹配结果获取机器人的位移量，而当前环境中可能存在周期性的纹理，可能导致特征点匹配错误，这样导致计算的位移准确度较低，从而导致构建的地图误差较大的缺点。
本实施例所述的视觉机器人构建地图的方法，在获取位移前后的图像之前，获取所述拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；这样避免了特征匹配错误，提高了位移的准确度，降低了地图误差。
参照图3，基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，所述步骤S40对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之前，还包括以下步骤：步骤S50、对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行预处理。
在本实施例中，所述预处理包括：灰度化处理、降噪处理、图像增强处理、图像边缘处理及二值化处理中的至少一个。
在本实施例中，通过对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行预处理，降低由于画面帧不清晰而导致所提取的特征误差较大的缺点。
参照图4，基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，所述步骤S40对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之后，还包括以下步骤：步骤S60、检测所述地图数据中是否存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据；步骤S70、当存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据时，获取所述第二画面帧与所述预设图像数据的坐标差，根据所述坐标差更新所述地图数据。
在本实施例中，所述预设图像数据是地图数据中预先保存的画面帧，所述预设相似度是判断所述第二画面帧与所述预设图像数据相似的临界值。所述坐标差是所述第二画面帧与所述预设图像数据的相似预设特征的地图坐标差异。
处理器读取所述第二画面帧的特征的描述信息，并与存储器中的预设图像数据的所述预设特征的描述信息进行特征匹配，并将相似子特征与预设特征的比值作为所述第二画面帧与所述预设图像数据的相似度。当存储器中存在与所述第二画面帧之间的所述相似度大于所述预设相似度的预设图像数据时，判断所述第二画面帧与所述预设图像数据构成回环。计算所述第二画面帧与所述预设图像数据的坐标差，根据所述坐标差更新所述地图数据。
本实施例所述的视觉机器人构建地图的方法，对所述第二画面帧进行回环检测，当所述第二画面帧判断为回环时，进行回环处理，优化地图数据。这样降低了地图的累计误差。
需要说明的是，在本文中，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过程、方法、物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过程、方法、物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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
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上述实施例方法可借助软件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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的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软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一个机器人执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种视觉机器人构建地图的方法，其特征在于，所述视觉机器人构建地图的方法包括以下步骤：
获取拍摄数据，并对所述拍摄数据进行条纹图案检测；
当检测到所述拍摄数据的画面中包括条纹图案时，通过激光照射装置在所述条纹图案对应的位置上形成预设形状的光斑；
获取所述拍摄数据中包含所述光斑的第一画面帧和第二画面帧；
对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图；
所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤，还包括：
对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配；
获取特征匹配结果，并根据所述匹配结果计算两帧间的位移；
根据所述位移构建地图；
所述根据所述位移构建地图的步骤包括：
判断所述第二画面帧的特征是否为预设特征；
当所述第二画面帧的特征不为预设特征时，根据地图数据和所述位移计算所述特征的地图坐标，将所述特征保存为预设特征更新地图数据；
所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之前，还包括：
对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行预处理；
所述预处理包括：灰度化处理、降噪处理、图像增强处理、图像边缘处理及二值化处理中的至少一个；
所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配的步骤，还包括：
对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取；
获取所述特征的关键点信息；
根据所述关键点信息计算所述特征的描述信息；
根据所述特征的描述信息进行匹配；
所述对所述第一画面帧和所述第二画面帧进行特征提取，并进行特征匹配，以根据特征匹配结果构建地图的步骤之后，还包括：
检测所述地图数据中是否存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据；
当存在与所述第二画面帧之间的相似度大于预设相似度的预设图像数据时，获取所述第二画面帧与所述预设图像数据的坐标差，根据所述坐标差更新所述地图数据；
所述条纹图案为渐变图案或者周期性变化的纹理图案。
2.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：激光发射装置、摄像装置、驱动装置、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的构建地图程序，所述构建地图程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的视觉机器人构建地图的方法的步骤。
3.一种芯片，其特征在于，所述芯片上存储有构建地图程序，所述构建地图程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的视觉机器人构建地图的方法的步骤。
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| CN110686687A (zh) | 2020-01-14 |
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