CN111181711B - 信号同步采样的方法及系统、存储介质及应用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号同步采样的方法及系统、存储介质、FPGA芯片及扫地机器人，该方法包括：针对多个采集装置输出的脉冲信号，执行以下步骤：以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，确定所述基准脉冲信号的上升沿的时刻；确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系；以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述其他脉冲信号与基准脉冲信号同步。

Description

信号同步采样的方法及系统、存储介质及应用设备
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种信号同步采样的方法及系统、存储介质、FPGA芯片及扫地机器人。
背景技术
随着科技的飞速发展，人们的生活水平不断提高，智能产品越来越广泛的被大众接受和应用，比较典型的就是扫地机器人。扫地机器人是一种能够自动清扫地面灰尘、毛发和纸屑等物质的智能清洁设备。
对于现有的扫地机器人而言，存在不同的采集装置采样的信号不同步以及操作系统调用时间不确定的问题。例如，由于图像传感器采样的图像数据和惯性测量单元IMU采样的包含加速度和角速度的数据不同步，导致在利用图像数据和包含加速度和角速度的数据进行同步定位与地图绘制SLAM时，SLAM的精度低。
发明内容
为了解决例如对于扫地机器人而言，因不同的采集装置采样的信号不同步导致的SLAM的精度低的技术问题，本发明提供了一种信号同步采样的方法及系统、存储介质及扫地机器人，以其中一个采集装置的脉冲信号作为基准脉冲信号，并以基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据基准时刻和各个脉冲信号的上升沿之间的对应关系重新设置其他脉冲信号的上升沿的时刻，实现了不同的采集装置的同步采样，从而提高了SLAM的精度。
根据本发明的第一方面，提供了一种信号同步采样的方法，该方法包括：
针对多个采集装置输出的脉冲信号，执行以下步骤：
以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，确定所述基准脉冲信号的上升沿的时刻；
确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系；
以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述其他脉冲信号与基准脉冲信号同步。
优选地，所述采集装置包括惯性测量单元和图像传感器，所述惯性测量单元输出的脉冲信号包括第一数据采样信号，所述图像传感器输出的脉冲信号包括第二数据采样信号和所述第二数据采样信号的触发信号。
优选地，以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，包括：
以所述第一数据采样信号作为基准脉冲信号。
优选地，确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系，包括：
以所述第二数据采样信号中的一个上升沿作为目标上升沿，设定所述第一数据采样信号中与所述目标上升沿对应的基准上升沿；
确定所述目标上升沿与所述触发信号的上升沿之间的第一时间差。
优选地，设定所述第一数据采样信号中与所述目标上升沿对应的基准上升沿，包括：
将所述第一数据采样信号的第n个上升沿设置为所述基准上升沿，其中n为大于或等于1的正整数。
优选地，以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，包括：
以所述基准上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置所述第二数据采样信号和所述触发信号的上升沿的时刻。
优选地，所述基准上升沿的时刻由以下方式确定：
判断所述基准上升沿是否已输出，其中：
当所述基准上升沿已输出时，由计时器或时钟确定所述基准上升沿的时刻；
当所述基准上升沿未输出时，利用已输出的上升沿的时刻计算出所述基准上升沿的时刻，包括：
通过计时器或设置在芯片中的时钟模块，确定所述第一数据采样信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时刻；
根据所述第一数据采样信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时刻，计算出所述第一数据采样信号的相邻两个上升沿之间的第二时间差；
根据所述第一个上升沿或所述第二个上升沿的时刻、所述第二时间差和n的值，计算出所述基准上升沿的时刻。
优选地，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置所述第二数据采样信号和所述触发信号的上升沿的时刻，包括：
将所述基准上升沿的时刻作为所述目标上升沿设置后的时刻；
将所述基准上升沿的时刻与所述第一时间差的相减，并将相减结果作为所述触发信号的上升沿设置后的时刻，
其中，所述目标上升沿为所述第二数据采样信号的第一个上升沿。
优选地，该方法还包括：
对于所述第一数据采样信号的上升沿、所述第二数据采样信号和所述触发信号重新设置后的上升沿打上时间戳。
优选地，对于所述第一数据采样信号的上升沿、所述第二数据采样信号和所述触发信号重新设置后的上升沿打上时间戳，包括：
设定计数器每隔预设时间间隔数值加一；
对于所述第一数据采样信号、所述第二数据采样信号和所述触发信号中的每个上升沿：
当检测到该上升沿的时，记录所述计算器输出的数值。
根据本发明的第二方面，提供了一种存储介质，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被处理器执行时，能够实现如上述的信号同步采样的方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种FPGA芯片，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如上述的信号同步采样的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种扫地机器人，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如上述的信号同步采样的方法。
根据本发明的第五方面，提供了一种信号同步采样的系统，包括图像传感器、惯性测量单元和FPGA处理器，其中：
所述FPGA处理器分别与所述图像传感器和所述惯性测量单元连接，用于：
确定所述图像传感器和所述惯性测量单元输出的脉冲信号的上升沿的时刻；
确定所述图像传感器和所述惯性测量单元输出的脉冲信号的上升沿之间的对应关系；
以所述惯性测量单元输出的脉冲信号作为基准脉冲信号，并以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置所述图像传感器输出的脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述图像传感器和所述惯性测量单元输出的脉冲信号同步。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明实施例提供的信号同步采样的方法及系统、存储介质及扫地机器人，以其中一个采集装置的脉冲信号作为基准脉冲信号，并以基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据基准时刻和各个脉冲信号的上升沿之间的对应关系重新设置其他脉冲信号的上升沿的时刻，实现了不同的采集装置的同步采样，从而提高了SLAM的精度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为根据本发明实施例的信号同步采样的方法的流程示意图。
图2示意性示出了根据本发明实施例的信号同步采样的系统。
图3示意性示出了根据本发明实施例的惯性测量单元和图像传感器输出的脉冲信号。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为了解决例如对于扫地机器人而言，因不同的采集装置采样的信号不同步导致的SLAM的精度低的技术问题，本发明提供了一种信号同步采样的方法及系统、存储介质及扫地机器人。
图1为根据本发明实施例的信号同步采样的方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
针对多个采集装置输出的脉冲信号，执行以下步骤：
步骤S11：以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，确定所述基准脉冲信号的上升沿的时刻；
步骤S12：确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系；
步骤S13：以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述其他脉冲信号与基准脉冲信号同步。
作为优选，采集装置包括惯性测量单元和图像传感器，惯性测量单元输出的脉冲信号包括第一数据采样信号，图像传感器输出的脉冲信号包括第二数据采样信号和第二数据采样信号的触发信号。
图2示意性示出了根据本发明实施例的信号同步采样的系统。如图2所示，该系统包括：图像传感器201、惯性测量单元202和FPGA处理器203。
其中，FPGA处理器203分别与图像传感器201和惯性测量单元202连接，用于协调同步图像传感器201和惯性测量单元202输出的脉冲信号，实现图像传感器201和惯性测量单元202的同步采样。其中，
图3示意性示出了根据本发明实施例的惯性测量单元和图像传感器输出的脉冲信号。如图2和图3所示，惯性测量单元输出的脉冲信号包括第一数据采样信号(ready信号)，图像传感器输出的脉冲信号包括第二数据采样信号(READY信号)和第二数据采样信号的触发信号(Trigger信号)。此外，惯性测量单元202和FPGA处理器203还可以互发数据_1，图像传感器201和FPGA处理器203还可以互发数据_2。
作为优选，采用低成本的仅输出第一数据采样信号的普通级别的惯性测量单元IMU来实现本发明的方案，以降低硬件成本。
下面结合图1至图3对于本发明实施例提供的信号同步采样的方法及系统进行综合说明。
在本发明实施例中，例如以惯性测量单元输出的第一数据采样信号作为基准脉冲信号，即令第一数据采样信号的上升沿的时刻保持不变，利用第一数据采样信号的上升沿的时刻调整和设置第二数据采样信号和触发信号的上升沿的时刻。
实际中，第二数据采样信号的上升沿和触发信号的上升沿之间的间隔(时间差)是固定的，第二数据采样信号属于被动信号。也就是说，理论上只调整触发信号的上升沿的时刻，第二数据采样信号的上升沿的时刻也被相应确定和调整。
在步骤S11中，惯性测量单元已经输出的上升沿的时刻例如可以由FPGA处理器203中的计时器或时钟直接确定。例如，惯性测量单元当前只输出了两个脉冲的第一数据采样信号，那么这两个脉冲的上升沿(第一个上升沿和第二个上升沿)的时刻可以由FPGA处理器203中的计时器或时钟直接确定。
在步骤S12中，确定多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系，包括：
第一步骤、以第二数据采样信号中的一个上升沿作为目标上升沿，设定第一数据采样信号中与目标上升沿对应的基准上升沿；
第二步骤、确定目标上升沿与触发信号的上升沿之间的第一时间差。
作为优选，如图3所示，在第一步骤中，以第二数据采样信号中的第一个上升沿作为目标上升沿，当然也可以是将其他上升沿作为目标上升沿，本发明不限于此。在选取基准上升沿时，作为优选，FPGA处理器203根据接收的用户输入的选取基准上升沿的指令设定第一数据采样信号中与目标上升沿对应的基准上升沿。
具体地，根据实际情况需要，用户可以从第一数据采样信号的N个上升沿中选取一个上升沿作为基准上升沿，其中，N为大于或等于1的正整数。通过接收指令，例如将第一数据采样信号的第n个上升沿设置为基准上升沿，其中n为大于或等于1的正整数。
与此同时，为了设置触发信号的上升沿的时刻，还需要确定目标上升沿与触发信号的上升沿之间的第一时间差。其中，在目标上升沿确定后，第一时间差可以FPGA处理器203的时钟信号确定。
在目标上升沿、基准上升沿和第一时间差确定后，便可以设置第二数据采样信号和触发信号的上升沿的时刻。
在步骤S13中，以基准上升沿的时刻为基准时刻，根据基准时刻和步骤S12的对应关系设置第二数据采样信号和触发信号的上升沿的时刻。
在此需要说明的是，若基准上升沿已输出，则基准上升沿的时刻可以由FPGA处理器203中的计时器或时钟直接确定。若基准上升沿还未输出，则利用已输出的上升沿的时刻计算出基准上升沿的时刻。
例如，基准上升沿为第一数据采样信号的第三个上升沿，而当前只输出了第一个上升沿和第二个上升沿，第三个上升沿还未输出。这时，第三个上升沿的时刻例如通过以下方式确定：
根据第一数据采样信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时刻，计算出第一数据采样信号的相邻两个上升沿之间的第二时间差Δt2。具体地，利用第二个上升沿的时刻减去第一个上升沿的时刻，得到第一数据采样信号的相邻两个上升沿之间的第二时间差Δt2。
根据第一个上升沿或第二个上升沿的时刻、第二时间差Δt2和n的值，计算出基准上升沿的时刻。
例如依据以下公式：
tn＝t2+(n-2)*Δt2，或者，tn＝t1+(n-1)*Δt2
其中，tn为第一数据采样信号的第n个上升沿的时刻，t2为第一数据采样信号的第二个上升沿的时刻，t1为第一数据采样信号的第一个上升沿的时刻。
在基准上升沿的时刻确定后，那么便可以设置第二数据采样信号和触发信号的上升沿的时刻，包括：
将基准上升沿的时刻设置为目标上升沿的时刻；
将基准上升沿的时刻与第一时间差的相减，并将相减结果设置为触发信号的上升沿的时刻。
如图3所示，例如以第一数据采样信号的第三个上升沿作为基准上升沿，以第二数据采样信号的第一个上升沿作为目标上升沿。那么，将第一数据采样信号的第三个上升沿的时刻设置为第二数据采样信号的第一个上升沿的时刻，并将第一数据采样信号的第三个上升沿的时刻与第一时间差的相减，将相减结果设置为触发信号的上升沿的时刻。
需要说明的是，也可以将目标上升沿的时刻设定在与基准上升沿的时刻的允许的误差范围内，允许的误差范围为ns。
由此，通过上述过程，便可以实现第一数据采样信号、第二数据采样信号和触发信号同步，以及实现惯性测量单元和图像传感器的同步采样。
利用同步后的惯性测量单元采集的数据和图像传感器采集的图像数据，进行SLAM运算，可以提高构建的环境地图和定位的精度。
进一步地，为了避免因操作系统调用时间不确定或时延导致的同步精度低的问题，本发明实施例对于同步后的第一数据采样信号的上升沿、第二数据采样信号的上升沿和触发信号的上升沿打上时间戳。
具体地，首先对于同步后的第一数据采样信号、第二数据采样信号和触发信号，例如设定计数器每隔预设时间间隔数值加一；接下来，对于第一数据采样信号、第二数据采样信号和触发信号中的每个上升沿：当检测到该上升沿的时，记录计数器输出的数值。
这样，利用同一计数器对三个信号的上升沿的时刻进行统一记录，并将以数值的方式保存起来，可便于后续操作系统调取数据时依据保存的统一时间戳(数值)，来恢复每个信号的上升沿时刻，避免因操作系统调用时间不确定或时延导致的同步精度低的问题。同时，由于打时间戳的动作都是由计数器等硬件完成，没有时间误差。
通过上述信号同步过程，能够消除随着时间的延长，因环境温度或器件本身的时钟误差造成的信号时间差，提高构建环境地图和定位的精度。
相应地，本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被处理器执行时，能够实现如上述的信号同步采样的方法。
相应地，本发明实施例还提供了一种FPGA芯片，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如上述的信号同步采样的方法。
相应地，本发明实施例还提供了一种扫地机器人，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如上述的信号同步采样的方法。
综上所述，本发明实施例提供了一种信号同步采样的方法及系统、存储介质及扫地机器人，以其中一个采集装置的脉冲信号作为基准脉冲信号，并以基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据基准时刻和各个脉冲信号的上升沿之间的对应关系重新设置其他脉冲信号的上升沿的时刻，实现了不同的采集装置的同步采样，从而提高了SLAM的精度。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上描述的处理、功能、方法和/或软件可被记录、存储或固定在一个或多个计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质包括程序指令，所述程序指令将被计算机实现，以使处理器执行所述程序指令。所述介质还可单独包括程序指令、数据文件、数据结构等，或者包括其组合。所述介质或程序指令可被计算机软件领域的技术人员具体设计和理解，或所述介质或指令对计算机软件领域的技术人员而言可以是公知和可用的。计算机可读介质的示例包括：磁性介质，例如硬盘、软盘和磁带；光学介质，例如，CDROM盘和DVD；磁光介质，例如，光盘；和硬件装置，具体被配置以存储和执行程序指令，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等。程序指令的示例包括机器代码(例如，由编译器产生的代码)和包含高级代码的文件，可由计算机通过使用解释器来执行所述高级代码。所描述的硬件装置可被配置为用作一个或多个软件模块，以执行以上描述的操作和方法，反之亦然。另外，计算机可读存储介质可分布在联网的计算机系统中，可以分散的方式存储和执行计算机可读代码或程序指令。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种信号同步采样的方法，其特征在于，包括：
针对多个采集装置输出的脉冲信号，执行以下步骤：
以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，确定所述基准脉冲信号的上升沿的时刻，其中，所述采集装置包括惯性测量单元和图像传感器，所述惯性测量单元输出的脉冲信号包括第一数据采样信号，所述图像传感器输出的脉冲信号包括第二数据采样信号和所述第二数据采样信号的触发信号，以其中一个脉冲信号作为基准脉冲信号，包括：以所述第一数据采样信号作为基准脉冲信号；
确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系，确定所述多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系，包括：以所述第二数据采样信号中的一个上升沿作为目标上升沿，设定所述第一数据采样信号中与所述目标上升沿对应的基准上升沿；确定所述目标上升沿与所述触发信号的上升沿之间的第一时间差；
以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述其他脉冲信号与基准脉冲信号同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定所述第一数据采样信号中与所述目标上升沿对应的基准上升沿，包括：
将所述第一数据采样信号的第n个上升沿设置为所述基准上升沿，其中n为大于或等于1的正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置除基准脉冲信号之外的其他脉冲信号的上升沿的时刻，包括：
以所述基准上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置所述第二数据采样信号和所述触发信号的上升沿的时刻。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基准上升沿的时刻由以下方式确定：
判断所述基准上升沿是否已输出，其中：
当所述基准上升沿已输出时，由计时器或时钟确定所述基准上升沿的时刻；
当所述基准上升沿未输出时，利用已输出的上升沿的时刻计算出所述基准上升沿的时刻，包括：
通过计时器或设置在芯片中的时钟模块，确定所述第一数据采样信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时刻；
根据所述第一数据采样信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时刻，计算出所述第一数据采样信号的相邻两个上升沿之间的第二时间差；
根据所述第一个上升沿或所述第二个上升沿的时刻、所述第二时间差和n的值，计算出所述基准上升沿的时刻。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述基准时刻和所述对应关系重新设置所述第二数据采样信号和所述触发信号的上升沿的时刻，包括：
将所述基准上升沿的时刻设置为所述目标上升沿的时刻；
将所述基准上升沿的时刻与所述第一时间差的相减，并将相减结果设置为所述触发信号的时刻，
其中，所述目标上升沿为所述第二数据采样信号的第一个上升沿。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
对于所述第一数据采样信号的上升沿、所述第二数据采样信号和所述触发信号重新设置后的上升沿打上时间戳。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述第一数据采样信号的上升沿、所述第二数据采样信号和所述触发信号重新设置后的上升沿打上时间戳，包括：
设定计数器每隔预设时间间隔数值加一；
对于所述第一数据采样信号、所述第二数据采样信号和所述触发信号中的每个上升沿：
当检测到该上升沿的时，记录所述计数器输出的数值。
8.一种存储介质，其特征在于，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被处理器执行时，能够实现如权利要求1至7中任一项所述的信号同步采样的方法。
9.一种FPGA芯片，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如权利要求1至7中任一项所述的信号同步采样的方法。
10.一种扫地机器人，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被所述处理器执行时能够实现如权利要求1至7中任一项所述的信号同步采样的方法。
11.一种信号同步采样的系统，其特征在于，包括图像传感器、惯性测量单元和FPGA处理器，其中：
所述FPGA处理器分别与所述图像传感器和所述惯性测量单元连接，用于：
以所述惯性测量单元输出的脉冲信号作为基准脉冲信号，确定所述图像传感器输出的脉冲信号的上升沿的时刻，所述惯性测量单元输出的脉冲信号包括第一数据采样信号，所述图像传感器输出的脉冲信号包括第二数据采样信号和所述第二数据采样信号的触发信号；
确定所述图像传感器和所述惯性测量单元输出的脉冲信号的上升沿之间的对应关系，确定多个脉冲信号的上升沿之间的对应关系，包括：以所述第二数据采样信号中的一个上升沿作为目标上升沿，设定所述第一数据采样信号中与所述目标上升沿对应的基准上升沿；确定所述目标上升沿与所述触发信号的上升沿之间的第一时间差；
以所述基准脉冲信号的一个上升沿的时刻为基准时刻，根据所述基准时刻和所述对应关系设置所述图像传感器输出的脉冲信号的上升沿的时刻，以使得所述图像传感器和所述惯性测量单元输出的脉冲信号同步。
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