CN111339961A - 自动工作系统、自动行走设备及其控制方法及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种自动工作系统、自动行走设备及其控制方法及计算机可读存储介质，所述控制方法包括：获取拍摄图像；对拍摄图像进行处理获取处理图像；获取对比图像；比较处理图像和对比图像并计算相似性d；若d＞Vc，则判断该拍摄图像属于草坪区域；若d＜Vc，则判断该拍摄图像属于非草坪区域；其中，Vc为预设比较阈值。该对比图像可为草坪区域的图像或其衍生图像。从而，通过分析拍摄图像可分析出自动行走设备是否遇到了边界或行进到工作区域外侧，更加方便，使得控制也更加灵敏、有效。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制领域，特别是涉及一种自动工作系统、自动行走设备及其控制方法及计算机可读存储介质。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的不断进步，智能机器人的自动行走设备、自动工作系统已经慢慢进入人们的生活，例如智能扫地机器人、智能割草机器人等。通常的，此类智能机器人体积较小，且集成有传感装置、驱动装置、电池等，无需人工操控，并可在规定的区域内行进并工作。并且，在电池电量不够时，可自动返回充电站，与充电站对接并充电，充电完成后继续行进和工作。
针对现有的智能割草机器人来说，现有的自动工作系统的工作区域均为较大的草坪，并且边界大多是为埋设在地面下的可通电设备，从而可使得智能割草机器人感应到。但是，若在地面下埋设边界线，需要花费较多的人力和物力。并且埋设边界线需要一定的要求，例如拐角的角度不能小于90度等，因而也在一定程度上限制了供智能割草机器人工作的草坪的形状。
从而，针对上述问题，可设计一种搭建在地面上的自动工作系统，并采用视觉识别的方法对边界线进行识别。但是，由于草坪的种类不同、不同季节或早晚的阳光光照的影响，草坪可能会呈现黄绿、浅绿、墨绿、深绿、灰绿等不同的颜色，而且草坪内还可能存在枯草或小块裸露的地皮。这些因素均会影响自动行走设备进行视觉识别的准确度。
因此，必须设计一种可以搭建在地面上的自动工作系统，且具有更高视觉识别准确度的自动行走设备及其控制方法及计算机可读存储介质。
发明内容
为解决上述问题之一，本发明提供了一种自动行走设备的控制方法，所述控制方法包括：
获取拍摄图像；
对拍摄图像进行处理获取处理图像；
获取对比图像；
比较处理图像和对比图像并计算相似性d；
若d＞Vc，则判断该拍摄图像属于草坪区域；
若d＜Vc，则判断该拍摄图像属于非草坪区域；
其中，Vc为预设比较阈值。
作为本发明的进一步改进，所述处理图像和对比图像均为直方图格式。
作为本发明的进一步改进，步骤“对拍摄图像进行处理获取处理图像”包括：
获取HSV格式的拍摄图像并记为HSV图像；
计算HSV图像的直方图，生成直方图图像；
对直方图图像进行归一化处理，生成归一化直方图并记为处理图像。
作为本发明的进一步改进，步骤“获取对比图像”包括：
预设对比直方图；
调取对比直方图并记为对比图像。
作为本发明的进一步改进，步骤“获取对比图像”包括：
获取HSV格式的样本图像并记为HSV样本图像；
计算HSV样本图像的直方图，生成样本直方图图像；
对样本直方图图像进行归一化处理，生成归一化样本直方图并记为对比图像。
作为本发明的进一步改进，步骤“比较处理图像和对比图像并计算相似性d”包括：通过相关性分析或卡方检验或交集法或距离分析法计算处理图像和对比图像的相似性d。
为解决上述问题之一，本发明还提供了一种自动工作系统，包括：
自动行走设备，可按照如上所述的控制方法工作；
工作区域，所述工作区域边沿外侧设置有非工作区域，所述工作区域和非工作区域的地质不同。
为解决上述问题之一，本发明还提供了一种自动工作系统，包括：
自动行走设备，可按照如上所述的控制方法工作；
边界，围设呈环状并形成用以限定自动行走设备的工作区域，所述边界自地面向上延伸。
为解决上述问题之一，本发明还提供了一种自动行走设备，包括本体、行走模块、电源模块及设置于本体内的存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述自动行走设备还包括设置于本体上的摄像头，所述摄像头的拍摄方向朝向该自动行走设备沿行进方向的前侧；所述处理器执行所述计算机程序时可实现如上述所述的自动行走设备的控制方法的步骤。
为解决上述问题之一，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可实现如上述所述的自动行走设备的控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明中，可对自动行走设备所拍摄到的拍摄图像进行处理和分析，并通过计算处理图像和对比图像的相似性来判断处理图像和对比图像之间的相似程度，并且，该对比图像可为草坪区域的图像或其衍生图像。从而，若相似性d大于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像和对比图像之间较为类似，该拍摄图像属于草坪区域，自动行走设备可继续自由行进工作；若相似性d小于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像和对比图像之间相似性较低，该拍摄图像属于非草坪区域，需要自动行走设备进行后退、转弯等操作以对边界或非工作区域进行避让。从而，通过分析拍摄图像可分析出自动行走设备是否遇到了边界或行进到工作区域外侧，更加方便，使得控制也更加灵敏、有效。
附图说明
图1为本发明第二种实施例中自动工作系统的结构示意图；
图2为本发明自动工作方法的实施方式的流程示意图；
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
本发明的自动行走设备1可以是自动割草机，或者自动吸尘器等，其自动行走于工作区域以进行割草、吸尘工作，本发明具体示例中，以自动行走设备1为割草机为例做具体说明，相应的，所述工作区域可为草坪。当然，自动行走设备1不限于割草机和吸尘器，也可以为其它设备，如喷洒设备、除雪设备、监视设备等等适合无人值守的设备。
如图1和图2所示，在本发明中提供了一种自动行走设备1的控制方法，所述控制方法包括：
获取拍摄图像orgImage；
对拍摄图像orgImage进行处理获取处理图像；
获取对比图像；
比较处理图像和对比图像并计算相似性d；
若d＞Vc，则判断该拍摄图像orgImage属于草坪区域；
若d＜Vc，则判断该拍摄图像orgImage属于非草坪区域；
其中，Vc为预设比较阈值。
因此，本发明中，可对自动行走设备1所拍摄到的拍摄图像orgImage进行处理和分析，并通过计算处理图像和对比图像的相似性d来判断处理图像和对比图像之间的相似程度，并且，该对比图像可为草坪区域的图像或其衍生图像。从而，若相似性d大于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像orgImage和对比图像之间较为类似，该拍摄图像orgImage属于草坪区域，自动行走设备1可继续自由行进工作；若相似性d小于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像orgImage和对比图像之间相似性较低，该拍摄图像orgImage属于非草坪区域，需要自动行走设备1进行后退、转弯等操作以对边界2或非工作区域进行避让。从而，通过分析拍摄图像orgImage可分析出自动行走设备1是否遇到了边界2或行进到工作区域外侧，更加方便，使得控制也更加灵敏、有效。
另外，在本具体实施方式中，若d＝Vc，则也判断该拍摄图像orgImage属于草坪区域。
进一步的，所述处理图像和对比图像均为直方图格式。在图像处理及图像识别领域中，直方图可反映不同色彩在整幅图像中所占的比例，但是并不反映每种色彩所处的空间位置，适用于描述无法进行自动分割的图像。由于，本发明中的自动行走设备1在草地中行进，因而在其工作区域内所述自动行走设备1所拍摄的图像均与草地相关，因而颜色整体来说较为统一，约为绿色，从而，可通过将处理图像和对比图像均调整为直方图格式后进行两者比对，计算处理图像与对比图像之间的差距，若差距较大，则说明处理图像中的绿色相关的像素点较少，即可判断该拍摄图像orgImage属于非草坪区域。
具体的，步骤“对拍摄图像orgImage进行处理获取处理图像”包括：
获取HSV格式的拍摄图像orgImage并记为HSV图像hsvImage1；
计算HSV图像hsvImage1的直方图，生成直方图图像hist1；
对直方图图像hist1进行归一化处理，生成归一化直方图H1并记为处理图像。
其中，HSV格式是一种颜色空间，其包括色调H、饱和度S、明度V。色调H用角度度量，其取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°，蓝色为240°。饱和度S表示颜色接近光谱色的程度，光谱色所占的比例越大，颜色接近光谱色的程度就越高，颜色的饱和度就越高。饱和度的取值范围为0％至100％，值越大，颜色越饱和。明度V表示颜色明亮的程度，对于物体色，明度值V与物体的透射比或反射比有关。通常的取值范围为0％至100％，0％为黑，100％为白。
并且，通常的，所述拍摄图像orgImage为RGB格式图像，因而，步骤“获取HSV格式的拍摄图像orgImage”中具体为：将拍摄图像orgImage转换为HSV图像。当然，若该拍摄图像orgImage本身即为HSV格式，则无需再进行另外的格式转化，同样也可达到本发明的目的。
另外，“对直方图图像hist1进行归一化处理”中，归一化处理是指对图像进行一系列标准的处理变换、将图像变换为一固定标准形式的过程。可更方便的进行相似性分析。
通过上述方法，可将拍摄图像orgImage转换为归一化直方图H1即处理图像，从而方便与对比图像进行比对并计算相似性。
另外，如上述所述，所述对比图像也为直方图格式，从而，本发明中，提供了两种具体实施例来获得直方图格式的对比图像。
一种实施例中，步骤“获取对比图像”包括：
预设对比直方图；
调取对比直方图并记为对比图像。
在本实施例中，直接预设有对比直方图，该对比图像通过直接调取对比直方图获得。对比直方图可预先存储于自动行走设备中，并且调取该对比直方图直接与处理图像进行比对，从而不需要再另外对对比直方图进行计算。该对比直方图具有普遍性，可适用该处草坪的情况。该对比直方图可以通过模拟计算等方式直接拟合而成。
或者，第二种实施例中，步骤“获取对比图像”包括：
获取HSV格式的样本图像samImage并记为HSV样本图像hsvImage2；
计算HSV样本图像hsvImage2的直方图，生成样本直方图图像hist2；
对样本直方图图像hist2进行归一化处理，生成归一化样本直方图H2并记为对比图像。
在本第二种实施例中，和上述获取拍摄图像orgImage的处理图像的步骤类似。可以在工作之前，通过人机互动的方式，用户对自动行走设备1发出拍摄指令，让自动行走设备1对当前所处的草坪进行拍摄获得样本图像samImage，并进行类似的处理步骤后获得对比图像。在本实施例中，可以单独对每个草坪进行预先的拍摄，从而与上述处理图像在进行对比时，更加精确，更加适用于本块草坪的当前情况，准确性也更高。为了更加精确，可以对多个草坪在不同的环境下，比如早晚不同的光线下，阴天或雨天下进行多次拍摄后获取多张图像，再将这多张图像拟合获得样本图像。或者，也可以预设一个默认的草坪图像为样本图像samImage，该默认的草坪图像作为样本图像samImage时，该默认的草坪图像也具有普遍性，可适用于多种情况下的草坪。
同样的，在步骤“获取HSV格式的样本图像”中，可以直接获取HSV格式的样本图像samImage，也可以将样本图像samImage转化为HSV格式。
进一步的，步骤“比较处理图像和对比图像并计算相似性d”包括：通过相关性分析或卡方检验或交集法或距离分析法计算处理图像和对比图像的相似性d。当然，若采用其他的方法进行相似性d的计算，也可以满足本发明的目的。
本发明中，提出了计算相似性d的方法，其中，相关性分析是研究两个或两个以上处于同等地位的随机变量间的相关关系的统计分析方法。卡方检验包括：两个率或两个构成比比较的卡方检验；多个率或多个构成比比较的卡方检验以及分类资料的相关分析等。交集法、距离分析法也是进行相似性分析的方法，具体的不再赘述。
所述比较阈值Vc与摄像头拍摄效果等因素相关，在确定该自动工作系统后，可通过开发者对不同的值进行试验然后以一个最佳数值作为该比较阈值Vc的值。在本发明的具体实施例中，取所述比较阈值Vc的值为0。
本发明中还提供了自动工作系统，为了可以使得自动行走设备1在行走的过程中能识别出边界2或者其工作区域，并且，在本发明中可以更好的计算相似性，本发明中提供了两种自动工作系统的实施例。
具体的，在第一种实施例中，所述自动工作系统包括：
自动行走设备1，可按照如上所述的控制方法工作；
工作区域，所述自动行走设备1可在工作区域内行进并工作，所述工作区域边沿外侧设置有非工作区域，所述工作区域和非工作区域的地质不同。
由于本发明中，所述自动行走设备1通过获取拍摄图像orgImage，再进行相似性分析，本发明中可不另外设置边界2。由于本发明中的自动行走设备1应用于割草机中，则草地即为工作区域，显然的，非工作区域中可为裸露土壤、地板、水泥板等等，其地质均和草地有较大的不同，其颜色也和草地有较大的不同。因而，可以应用本发明中的控制方法进行分析自动行走设备1是否到达所述工作区域的边沿。
或者，在第二种实施例中，所述自动工作系统包括：
自动行走设备1，可按照如上所述的控制方法工作；
边界2，围设呈环状并形成用以限定自动行走设备1的工作区域，所述边界2自地面向上延伸。
在本实施例中，所述自动行走设备1通过获取拍摄图像orgImage，再对拍摄图像orgImage进行处理分析后获得自动行走设备1行进的区域，因而，本发明自动工作系统的边界2可自地面向上延伸，从而被自动行走设备1拍摄并识别到。
本发明中还提供了一种自动行走设备1，包括本体、行走模块、电源模块及设置于本体内的存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述自动行走设备1还包括设置于本体上的摄像头，所述摄像头的拍摄方向朝向该自动行走设备1沿行进方向的前侧；所述处理器执行所述计算机程序时可实现如上述所述的自动行走设备1的控制方法的步骤。也就是说，所述处理器执行所述计算机程序时可实现如上述所述的自动行走设备1的任何一种实施例的控制方法的步骤。
如上述所述，本发明中的自动行走设备1的本体上设置有摄像头，从而可以拍摄并获取拍摄图像orgImage。并且，摄像头的拍摄方向朝向自动行走设备1沿行进方向的前侧，从而所述摄像头拍摄获得的是自动行走设备1前侧的景象。因而，可以根据自动行走设备1所拍摄获得的拍摄图像orgImage来分析自动行走设备1接下来的运动轨迹：若判断拍摄图像orgImage属于草坪区域，则控制自动行走设备1进一步行走及工作；若判断拍摄图像orgImage属于非草坪区域，则控制自动行走设备1进行停止或转向或后退等操作。
同样的，本发明中还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可实现如上述所述的自动行走设备1的控制方法中的步骤。也就是说，所述处理器执行所述计算机程序时可实现如上述所述的自动行走设备1的任何一种实施例的控制方法的步骤。
综上所述，本发明中提供了一种自动工作系统、自动行走设备1及其控制方法及计算机可读存储介质，其中，自动行走设备1的控制方法中，可对自动行走设备1所拍摄到的拍摄图像orgImage进行处理和分析，并通过计算处理图像和对比图像的相似性d来判断处理图像和对比图像之间的相似程度，并且，该对比图像可为草坪区域的图像或其延伸图像。从而，若相似性d大于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像orgImage和对比图像之间相似性较低，该拍摄图像orgImage属于草坪区域，自动行走设备1可继续自由行进工作；所述相似性d小于比较阈值Vc，则说明该拍摄图像orgImage和对比图像之间不太相似，该拍摄图像orgImage属于非草坪区域，需要自动行走设备1进行后退、转弯等操作以对边界2进行避让。从而，通过分析拍摄图像orgImage可分析出自动行走设备1是否遇到了边界2或行进到工作区域外侧，更加方便，使得控制也更加灵敏、有效。
并且，进一步的，本发明中的处理图像和对比图像均为直方图格式，而直方图可以有效描述图像中颜色的全局分布特征，且具有平移、尺度和旋转的不变性，因而识别更加准确。在具体实施例中，通过预先对草坪拍摄图像后作为样本图像并处理为对比图像，可以排除环境对视觉识别的干扰，有效的识别出草坪区域和非草坪区域，提高自动行走设备1的工作效率。
另外，本发明中的自动工作系统中不需要在地底下另外布局边界线，减少了人力物力成本，工作区域形状灵活不受限制，识别速度快，精度高，也可以提高本发明中自动行走设备1特别是自动割草机器人的工作效率。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动行走设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取拍摄图像；
对拍摄图像进行处理获取处理图像；
获取对比图像；
比较处理图像和对比图像并计算相似性d；
若d＞Vc，则判断该拍摄图像属于草坪区域；
若d＜Vc，则判断该拍摄图像属于非草坪区域；
其中，Vc为预设比较阈值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述处理图像和对比图像均为直方图格式。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤“对拍摄图像进行处理获取处理图像”包括：
获取HSV格式的拍摄图像并记为HSV图像；
计算HSV图像的直方图，生成直方图图像；
对直方图图像进行归一化处理，生成归一化直方图并记为处理图像。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤“获取对比图像”包括：
预设对比直方图；
调取对比直方图并记为对比图像。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤“获取对比图像”包括：
获取HSV格式的样本图像并记为HSV样本图像；
计算HSV样本图像的直方图，生成样本直方图图像；
对样本直方图图像进行归一化处理，生成归一化样本直方图并记为对比图像。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤“比较处理图像和对比图像并计算相似性d”包括：通过相关性分析或卡方检验或交集法或距离分析法计算处理图像和对比图像的相似性d。
7.一种自动工作系统，其特征在于，包括：
自动行走设备，可按照如权利要求1至6中的任意一项所述的控制方法工作；
工作区域，所述工作区域边沿外侧设置有非工作区域，所述工作区域和非工作区域的地质不同。
8.一种自动工作系统，其特征在于，包括：
自动行走设备，可按照如权利要求1至6中的任意一项所述的控制方法工作；
边界，围设呈环状并形成用以限定自动行走设备的工作区域，所述边界自地面向上延伸。
9.一种自动行走设备，包括本体、行走模块、电源模块及设置于本体内的存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述自动行走设备还包括设置于本体上的摄像头，所述摄像头的拍摄方向朝向该自动行走设备沿行进方向的前侧；所述处理器执行所述计算机程序时可实现权利要求1至6中任意一项所述的自动行走设备的控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时可实现权利要求1至6中任意一项所述的自动行走设备的控制方法中的步骤。
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