CN105411491A - 一种基于环境监测的家庭智能清洁***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于环境监测的家庭智能清洁***及方法，该***包括：家庭环境监测装置，用于定期获取家庭环境状况的实时图像，并将实时图像进行预处理后，传送至中央信息处理器S12；中央信息处理器，用于将实时图像与标准图像和污染物图像进行对比，以决定是否启动清洁执行装置；所述清洁执行装置，用于判断是否有必要执行清洁工作，寻找最短路径，清洁子装置将会按照最短路径到达污染区域并对污染区域进行局部性清洁。本发明实施例通过家庭智能清洁***来实现让智能清洁机器人能够按照家庭环境实时状况，进行有针对性的局部清洁工作。

Description

一种基于环境监测的家庭智能清洁***及方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉一种基于环境监测的家庭智能清洁***及方法。

背景技术

生活水平的不断提高，使人们越来越重视生活质量，因此对家庭环境的要求也逐渐提高。而由于人们普遍工作繁忙、身体疲惫，很多时候疏于打扫，容易造成脏乱，即使人们开始重复繁杂的清洁工作时，也有很多地方比如沙发底、床底等是人工难以清洁到的，这些存在问题都直接影响着居家环境的美化。

随着人工智能信息技术的发展以及大众消费水平的提高,家庭服务机器人正逐渐步入人们的视野,特别是清洁机器人已经作为家庭日常小家电产品逐渐普及到千家万户。智能清洁机器人能帮助人们从索然无味的地板清洁工作中解脱出来，可以自动识别家中地图，规划清扫路线，提高一次性清洁效率。享受智能生活，告别繁重的体力打扫。

一种通用的智能清洁机器人，是一种地面清扫机，适用于自动移动经过并清洁待清洁表面。智能清洁机器人是一个庞大的***，包括移动***、清扫洗尘***、避障***和垃圾压缩***。它拥有强大的多重感应装置和处理芯片，能够自动辨别目标环境是否干净，自动躲避障碍物，并根据实际情况采用不同的清洁策略，以保证完成清洁任务。智能清洁机器人本身确定它沿哪条路线移动经过待清洁表面和如何清洁该待清洁表面。对此，机器人显然需要大量传感器以便能借以掌握其周围环境，确切的说是距周围环境的距离。

现代家庭环境监测中，对家庭环境的温湿度和有害气体浓度会有一定的要求，房主要随时能观看到房间里的温湿度。当温湿度超过或者低于一定的范围的时候，人会感觉到不舒服，有害气体浓度超过一定的值的时候，会对人们的身体健康造成危害。即基于无线传感器网络的家庭环境监测***，通过传感器节点监测环境温湿度、有害气体(CO、SO2、甲醛等)、烟雾、光照等环境数据，然后将数据分析处理后传给智能家居控制中心。

智能清洁机器人能够帮助人们摆脱重复的清洁工作，有其特点，人们可以通过设置工作周期使清洁机器人进行周期性的清洁工作。当人们外出一段时间或者连续在家时，对家庭环境的影响是不同的，此时对智能清洁机器人的清洁工作需求也不同，面对这种情况，人们就得需要人工去控制清洁机器人。也就是说智能清洁机器人不能通过监测实时环境状况，通过环境监测结果去判断是否需要进行针对性的清洁工作，当需要智能清洁机器人进行清洁时候，总是需要人工遥控操作或者设置自动工作周期等待其工作时间进行清洁工作。再者，人们在家庭中活动区域的不同，对不同区域的影响也是不相同，有些需要进行清洁而有些不需要，当前智能机器人智能通过规划路径进行全区域覆盖的清洁工作。

所以，必须考虑怎样让智能清洁机器人能够按照家庭实时环境状况，进行针对性有效的清洁工作，才能更好的按照家庭环境的实际需求进行清洁工作，保证居家环境整洁干净。

发明内容

本发明的目的是在数字家庭中，提供一种基于环境监测的家庭智能清洁***和方法，通过家庭智能清洁***来实现让智能清洁机器人能够按照家庭环境实时状况，进行有针对性的清洁工作。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于环境监测的家庭智能清洁***，包括：

家庭环境监测装置，用于定期获取家庭环境状况的实时图像，并将实时图像进行预处理后，传送至中央信息处理器S12；

中央信息处理器，用于将实时图像与标准图像和污染物图像进行对比，以决定是否启动清洁执行装置；

所述清洁执行装置，用于判断是否有必要执行清洁工作，寻找最短路径，清洁子装置将会按照最短路径到达污染区域并对污染区域进行局部性清洁。

所述家庭环境监测装置包括：

图像获取模块，用于按照时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像；

图像预处理模块，用于对获取到的实时图像进行预处理，预处理的结果是使实时图像符合一定的标准，方便后面的图像对比；

信息传输模块，用于将预处理后的实时图像传送给所述中央信息处理器，也用于和中央信息处理器交换其他信息。

所述中央信息处理模块包括：

信息接收模块，用于接收来自所述家庭环境监测装置中传过来的实时图像信息，也用于接收来自用户控制信息；

图像处理模块，用于根据实时图像和标准图像、污染物图像对比结果判断是否存在污染物；包括存储家庭环境标准图像和污染物图像的两个图像库：标准图像库、污染物图像库；

家庭区域网格模块，用于将家庭区域网格化，划分成一个一个相对小的网格区域，以便更容易判断污染物位置以及局部性清洁控制，同时记录每个网格区域中的受污染程度，达到一定程度时则决定启动清洁执行装置；

信息发送模块，用于向所述清洁执行装置发送需要清洁的信息和向用户发送无法识别的实时图像中异物图像以及相关信息。

所述清洁执行装置包括：

信息传输模块，用于接收来自所述中央信息处理器的相关需要清洁的信息，同时向所述中央信息处理器发送清洁反馈信息；

路由模块，用于寻找到达目标网格区域的最短路径，保存一个最短路径数据库和全局网格视图，当数据库中没有路径时则对目标区域进行最短路径的计算；

清洁子装置，用于根据最短路径到达目标网格区域，然后对受污染网格区域设置电子围墙，对污染区域进行局部性的清洁工作，将污染物清除。

相应的，本发明还提出了一种基于环境监测的家庭智能清洁的方法，包括如下步骤：

初始化设置，首先让清洁子装置执行一次全路径覆盖的清洁工作，获取家庭区域范围并将其上传至中央信息处理器，中央信息处理器中的家庭区域网格模块将家庭区域范围进行网格化，划分成多个网格小区域，初始化网格区域污染程度函数；然后通过家庭环境监测装置获得相关区域的标准图像，即家庭环境干净整洁时的图像，并保存于标准图像库中；最后定义家庭环境中常见的污染物图像并保存于污染物图像库中；

通过家庭环境监测装置中图像获取模块以时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像；其中时间戳T通过不断进化产生，初始值由用户设置，然后根据中央信息处理器S12中反馈回来的信息逐步调整时间戳参数值T，使得T更加趋于合理化；

将图像获取模块采集到的实时图像通过图像预处理模块进行预处理，然后由信息传输模块上传至中央信息处理器；

中央信息处理器中信息接收模块接收到从家庭环境监测装置中传来的实时图像，并将实时图像和存储在图像库中的标准图像进行对比，判断实时图像中是否出现异物；如果是，则判断异物所处区域范围，利用自定义阈值或通过直方图采用Otsu最佳阈值分割方法，将区域分割出来，同时并将异物图像进行分割处理，继续下一步骤；如果否，则返回通过家庭环境监测装置中图像获取模块以时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像步骤中。

中央信息处理器中图像处理模块将分割出来的异物图像和存储在图像库中的污染物图像进行图像特征匹配，当两者图像特征匹配达到一定的相似度时，就可以确定异物即为实时图像中该区域的污染物；如果不能判断是否污染物，则通过信息发送模块将异物图像发送给用户，由用户判断是否污染物，如果判断是新污染物则将污染物图像加入图像库中，继续执行下一步骤；

启动清洁执行装置，家庭区域网格模块通过对实时图像的识别判断污染物所处网格区域，并对该网格区域的污染程度函数进行更新，如果判断污染物所处网格区域污染程度达到一定的阀值，则通过信息发送模块发送命令信息启动执行装置；

寻找最短路径，清洁执行装置根据中央信息处理器传过来的命令信息，直接对路由模块中最短路径数据库进行搜索，寻找最短路径，如果已有最短路径则直接采用此最短路径进行处理，如果没有最短路径则通过确定污染物区域位置和起始位置利用利用迪杰斯特拉算法求出最短路径，并将这条路径加入路径数据库进行保存；

根据到达污染区域的最短路径，启动清洁子装置到达污染区域，同时为清洁子装置设置电子围墙确定清洁范围，然后执行相关局部清洁工作。

通过实施本发明实施例，本发明的目的是在在数字家庭中，提供一种基于环境监测的家庭智能清洁***和方法，通过家庭智能清洁***来实现让智能清洁机器人能够按照家庭环境实时状况，进行有针对性的局部清洁工作。另外基于环境监测的智能清洁***使得智能清洁装置更智能的为用户提供服务，比如当中央信息处理器不能识别是否为污染物时，将选择权交予用户手中。如果是用户掉物品了还能起到提醒功能，明显改善用户体验。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1是本发明实施例中的基于环境监测的家庭智能清洁的***结构示意图；

图2是本发明实施例中的家庭环境监测装置结构示意图；

图3是本发明实施例中的中央信息处理模块结构示意图；

图4是本发明实施例中的清洁执行装置结构示意图；

图5是本发明实施例中的基于环境监测的家庭智能清洁的方法流程图。

具体实施方式

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。

本发明的目的是在数字家庭中，提供一种基于环境监测的家庭智能清洁***和方法，通过家庭智能清洁***来实现让智能清洁机器人能够按照家庭环境实时状况，进行有针对性的清洁工作。

本发明提供了一种基于环境监测的家庭智能清洁***及方法，通过家庭环境监测装置定期截取家庭环境的实时图像，将实时图像与标准图像、污染物图像进行对比以便根据需要启动清洁装置对家庭环境进行清洁，不仅节约人力，而且能实时保证家庭环境的整齐清洁。

根据本发明的第一个方面，提供一种基于环境监测的家庭智能清洁的***，这种家庭智能清洁***架构如图1所示，主要包括三部分，分别是家庭环境监测装置S11，中央信息处理器S12，清洁执行装置S13；

所述家庭环境监测装置S11，用于定期获取家庭环境状况的实时图像，并将实时图像进行预处理后，传送至中央信息处理器S12；

所述中央信息处理器S12，用于将实时图像与标准图像和污染物图像进行对比，以决定是否启动清洁执行装置S13；

所述清洁执行装置S13，用于判断是否有必要执行清洁工作，寻找最短路径，清洁子装置将会按照最短路径到达污染区域并对污染区域进行局部性清洁。

进一步地，所述家庭环境监测装置S11如图2所示，其还包括：

图像获取模块S111，用于按照时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像；

图像预处理模块S112，用于对获取到的实时图像进行预处理，预处理的结果是使实时图像符合一定的标准，方便后面的图像对比；

信息传输模块S113，用于将预处理后的实时图像传送给所述中央信息处理器S12，也用于和中央信息处理器S12交换其他信息。

进一步地，所述中央信息处理模块S12如图3所示，其还包括：

信息接收模块S121，用于接收来自所述家庭环境监测装置中传过来的实时图像信息，也用于接收来自用户控制信息；

图像处理模块S122，用于根据实时图像和标准图像、污染物图像对比结果判断是否存在污染物；包括存储家庭环境标准图像和污染物图像的两个图像库：标准图像库、污染物图像库；

家庭区域网格模块S123，用于将家庭区域网格化，划分成一个一个相对小的网格区域，以便更容易判断污染物位置以及局部性清洁控制，同时记录每个网格区域中的受污染程度，达到一定程度时则决定启动清洁执行装置；

信息发送模块S124，用于向所述清洁执行装置发送需要清洁的信息和向用户发送无法识别的实时图像中异物图像以及相关信息。

进一步地，所述清洁执行装置S13如图4所示，其还包括：

信息传输模块S131，用于接收来自所述中央信息处理器的相关需要清洁的信息，同时向所述中央信息处理器发送清洁反馈信息；

路由模块S132，用于寻找到达目标网格区域的最短路径，保存一个最短路径数据库和全局网格视图，当数据库中没有路径时则对目标区域进行最短路径的计算；

清洁子装置S133，用于根据最短路径到达目标网格区域，然后对受污染网格区域设置电子围墙，对污染区域进行局部性的清洁工作，将污染物清除。

根据本发明的第二个方面，提供一种基于环境监测的家庭智能清洁的方法，下面结合图5进行更详细的说明。

S501：初始化设置。首先让清洁子装置S133执行一次全路径覆盖的清洁工作，获取家庭区域范围并将其上传至中央信息处理器S12，中央信息处理器中的家庭区域网格模块S123将家庭区域范围进行网格化，划分成多个网格小区域，初始化网格区域污染程度函数；然后通过家庭环境监测装置S11获得相关区域的标准图像，即家庭环境干净整洁时的图像，并保存于标准图像库S122中；最后定义家庭环境中常见的污染物图像并保存于污染物图像库S122中。

S502：通过家庭环境监测装置S11中图像获取模块S111以时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像。其中时间戳T通过不断进化产生，初始值由用户设置，然后根据中央信息处理器S12中反馈回来的信息逐步调整时间戳参数值T，使得T更加趋于合理化。如为了避免打扰人们生活以及到达节约能源的目的，在房间没有人的时候再开始搜集图像等。

S503：将图像获取模块S111采集到的实时图像通过图像预处理模块S112进行预处理，然后由信息传输模块S113上传至中央信息处理器。预处理目的是使图像符合一定的标准，如可能有时候是阴雨天，光线比较暗所以针对对比度不高的图像通过直方图均衡操作进行预处理，如果采集到的图像有噪声就利用自适应中值滤波进行处理，如果采集到的图像有不均匀光照影响则可以通过顶帽变换等预处理的方式。

S504：中央信息处理器S12中信息接收模块S121接收到从家庭环境监测装置S11中传来的实时图像，并将实时图像和存储在图像库S122中的标准图像进行对比，判断实时图像中是否出现异物。如果是，则判断异物所处区域范围，利用自定义阈值或通过直方图采用Otsu最佳阈值分割方法，将区域分割出来，同时并将异物图像进行分割处理，继续第五步。如果否，则返回第二步。

S505：中央信息处理器S12中图像处理模块S122将分割出来的异物图像和存储在图像库中的污染物图像进行图像特征匹配，当两者图像特征匹配达到一定的相似度时，就可以确定异物即为实时图像中该区域的污染物。如果不能判断是否污染物，则通过信息发送模块S124将异物图像发送给用户，由用户判断是否污染物，如果判断是新污染物则将污染物图像加入图像库中，继续执行第六步。如果否，则返回第二步。

S506：启动清洁执行装置S13。家庭区域网格模块S123通过对实时图像的识别判断污染物所处网格区域，并对该网格区域的污染程度函数进行更新，如果判断污染物所处网格区域污染程度达到一定的阀值，则通过信息发送模块S124发送命令信息启动执行装置S13。

S507：寻找最短路径。清洁执行装置S13根据中央信息处理器S12传过来的命令信息，直接对路由模块S132中最短路径数据库进行搜索，寻找最短路径，如果已有最短路径则直接采用此最短路径进行处理，如果没有最短路径则通过确定污染物区域位置和起始位置利用利用迪杰斯特拉算法求出最短路径，并将这条路径加入路径数据库进行保存。

S508：根据到达污染区域的最短路径，启动清洁子装置到达污染区域，同时为清洁子装置S133设置电子围墙确定清洁范围，然后执行相关局部清洁工作。

综上，本发明提供一种基于环境监测的家庭智能清洁***和方法，通过家庭智能清洁***来实现让智能清洁机器人能够按照家庭环境实时状况，进行有针对性的局部清洁工作。另外基于环境监测的智能清洁***使得智能清洁装置更智能的为用户提供服务，比如当中央信息处理器不能识别是否为污染物时，将选择权交予用户手中。如果是用户掉物品了还能起到提醒功能，明显改善用户体验。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的基于环境监测的家庭智能清洁***及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于环境监测的家庭智能清洁***，其特征在于，包括：

家庭环境监测装置，用于定期获取家庭环境状况的实时图像，并将实时图像进行预处理后，传送至中央信息处理器S12；

中央信息处理器，用于将实时图像与标准图像和污染物图像进行对比，以决定是否启动清洁执行装置；

所述清洁执行装置，用于判断是否有必要执行清洁工作，寻找最短路径，清洁子装置将会按照最短路径到达污染区域并对污染区域进行局部性清洁。

2.如权利要求1所述的基于环境监测的家庭智能清洁***，其特征在于，所述家庭环境监测装置包括：

图像获取模块，用于按照时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像；

图像预处理模块，用于对获取到的实时图像进行预处理，预处理的结果是使实时图像符合一定的标准，方便后面的图像对比；

信息传输模块，用于将预处理后的实时图像传送给所述中央信息处理器，也用于和中央信息处理器交换其他信息。

3.如权利要求1所述的基于环境监测的家庭智能清洁***，其特征在于，所述中央信息处理模块包括：

信息接收模块，用于接收来自所述家庭环境监测装置中传过来的实时图像信息，也用于接收来自用户控制信息；

图像处理模块，用于根据实时图像和标准图像、污染物图像对比结果判断是否存在污染物；包括存储家庭环境标准图像和污染物图像的两个图像库：标准图像库、污染物图像库；

家庭区域网格模块，用于将家庭区域网格化，划分成一个一个相对小的网格区域，以便更容易判断污染物位置以及局部性清洁控制，同时记录每个网格区域中的受污染程度，达到一定程度时则决定启动清洁执行装置；

信息发送模块，用于向所述清洁执行装置发送需要清洁的信息和向用户发送无法识别的实时图像中异物图像以及相关信息。

4.如权利要求1所述的基于环境监测的家庭智能清洁***，其特征在于，所述清洁执行装置包括：

信息传输模块，用于接收来自所述中央信息处理器的相关需要清洁的信息，同时向所述中央信息处理器发送清洁反馈信息；

路由模块，用于寻找到达目标网格区域的最短路径，保存一个最短路径数据库和全局网格视图，当数据库中没有路径时则对目标区域进行最短路径的计算；

清洁子装置，用于根据最短路径到达目标网格区域，然后对受污染网格区域设置电子围墙，对污染区域进行局部性的清洁工作，将污染物清除。

5.一种基于环境监测的家庭智能清洁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

初始化设置，首先让清洁子装置执行一次全路径覆盖的清洁工作，获取家庭区域范围并将其上传至中央信息处理器，中央信息处理器中的家庭区域网格模块将家庭区域范围进行网格化，划分成多个网格小区域，初始化网格区域污染程度函数；然后通过家庭环境监测装置获得相关区域的标准图像，即家庭环境干净整洁时的图像，并保存于标准图像库中；最后定义家庭环境中常见的污染物图像并保存于污染物图像库中；

通过家庭环境监测装置中图像获取模块以时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像；其中时间戳T通过不断进化产生，初始值由用户设置，然后根据中央信息处理器S12中反馈回来的信息逐步调整时间戳参数值T，使得T更加趋于合理化；

将图像获取模块采集到的实时图像通过图像预处理模块进行预处理，然后由信息传输模块上传至中央信息处理器；

中央信息处理器中信息接收模块接收到从家庭环境监测装置中传来的实时图像，并将实时图像和存储在图像库中的标准图像进行对比，判断实时图像中是否出现异物；如果是，则判断异物所处区域范围，利用自定义阈值或通过直方图采用Otsu最佳阈值分割方法，将区域分割出来，同时并将异物图像进行分割处理，继续下一步骤；如果否，则返回通过家庭环境监测装置中图像获取模块以时间戳T为间隔捕捉室内地板实时图像步骤中。

中央信息处理器中图像处理模块将分割出来的异物图像和存储在图像库中的污染物图像进行图像特征匹配，当两者图像特征匹配达到一定的相似度时，就可以确定异物即为实时图像中该区域的污染物；如果不能判断是否污染物，则通过信息发送模块将异物图像发送给用户，由用户判断是否污染物，如果判断是新污染物则将污染物图像加入图像库中，继续执行下一步骤；

启动清洁执行装置，家庭区域网格模块通过对实时图像的识别判断污染物所处网格区域，并对该网格区域的污染程度函数进行更新，如果判断污染物所处网格区域污染程度达到一定的阀值，则通过信息发送模块发送命令信息启动执行装置；

寻找最短路径，清洁执行装置根据中央信息处理器传过来的命令信息，直接对路由模块中最短路径数据库进行搜索，寻找最短路径，如果已有最短路径则直接采用此最短路径进行处理，如果没有最短路径则通过确定污染物区域位置和起始位置利用利用迪杰斯特拉算法求出最短路径，并将这条路径加入路径数据库进行保存；

根据到达污染区域的最短路径，启动清洁子装置到达污染区域，同时为清洁子装置设置电子围墙确定清洁范围，然后执行相关局部清洁工作。