CN112925351B - 一种视觉机器光源控制方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种视觉机器的光源控制方法，该控制方法包括，开启n个光源中的至少一个第一光源以感知视场内物体的空间信息，根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源；其中，所述n个光源分布于视觉机器镜头的前镜面外周，n为大于等于2的自然数。本申请扩大了视觉机器的视场角；能够结合环境需求提供相应的光照射，减少了单一光源时因倒影而导致的干扰信号；扩大了视觉机器的感知范围，提高了感知能力。

Description

一种视觉机器光源控制方法、装置
技术领域
本发明涉及视觉机器领域，特别地，涉及一种视觉机器的光源控制方法。
背景技术
随着机器视觉技术的发展，已经有越来越多的视觉机器得到了应用，例如，应用在移动机器人上。目前视觉机器主要有TOF相机和结构光相机，它们都是由红外光源对周围环境进行照射，通过相机镜头所捕获的光信号在传感器上成像来获取物体在世界坐标系下的空间信息。
以TOF相机为例，包括照明(光源)子***和图像获取子***，其中，图像获取子***包括一个或一个以上透镜组成的相机镜头模组，用于将光信号转换为电信号的传感器模组。相机镜头模组通过获取从物体表面反射的红外光，通过计算发射光和接收光的飞行时间计算物体与镜头之间的距离。参见图1所示，图1为红外光源与镜头的位置关系的一种示意图。出于校准的便利性以及设计的整体性和紧凑性，如图中的主视图所示，用于照射的红外光源一般都布置在相机镜头周边；如图中的侧视图所示，光源的发射主方向基本与镜头的光轴平行。
对于安装在移动机器人上的TOF相机而言，参见图2a所示，如果红外光源安装在镜头的下方，则面对一定高度的物体，镜头(传感器)只能感知到物体被光源照射到的表面，这样，只能获取到物体面对镜头一侧的数据；如图2b所示，当光源的轴线与镜头的光轴平行的时候，会造成大量的光照射到地面上，或者通过物体的表面反射至地面(图中粗实线)，当地面为较光滑时，容易在地面上造成物体的″倒影″(图中粗实线带来的干扰信号)，从而造成较多的错误信号；如图2c所示，由于镜头视场角(FOV)以及光源视场角的存在，只有在光源FOV和镜头FOV重叠的区域内的物体能被感知，如果移动机器人基于此进行避障，则会存在较大的盲区，导致无法感知行进方向上的障碍物。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种视觉机器光源布局结构及其控制方法，以改善视觉机器的视角范围。
本发明提供的一种视觉机器的光源控制方法，该控制方法包括，
开启n个光源中的至少一个第一光源以感知视场内物体的空间信息，
根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源；
其中，
所述n个光源分布于视觉机器镜头的前镜面外周，n为大于等于2的自然数。
较佳地，所述外周为以前镜面中心为圆心、具有第一半径的圆周范围，所述第一半径至少大于视觉机器前镜面的半径，
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源，包括，
根据被感知物体的位置和/或高度，选择性地开启n个光源中视场角与被感知物体的空间对应的光源，
当被感知物体在视觉机器的敏感距离内时，判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启n个光源中至少一个第二光源以照射被感知物体的上表面。
较佳地，所述n为2，所述第二光源为位于镜头上侧的上光源，所述第一光源为位于镜头下侧的下光源，所述上光源的发射光相对于镜头光轴以俯角度照射，
根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源中视场角与被感知物体的空间对应的光源，还包括，当上光源开启时，关闭下光源。
较佳地，所述第二光源为所位于镜头左侧的左光源、和位于镜头右侧的右光源；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源中的光源，包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启视觉机器的左光源，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启视觉机器的右光源，
如果被感知物***于视觉机器视角场中间，或者，视觉机器的左侧和右侧同时有被感知物体，则同时开启左右两个光源，或者以一定频率分时交替开启左右两个光源。
较佳地，所述左光源和右光源与前镜面中心在同一直线上，且对称地分布于镜头的两侧；
所述上光源和下光源与前镜面中心在同一直线上，且上光源与前镜面中心的距离大于下光源与前镜面中心的距离，所述下光源的发射光相对于镜头光轴以仰角度照射，或者，安装有使得发射光相对于镜头光轴以仰角度发射的匀光片；
所述开启n个光源中的至少一个第一光源以感知视场内的物***置，包括，开启n个光源中的全部光源，或者以一定频率分时交替开启各个光源。
较佳地，所述n个光源均匀分布于所述圆周上，且以经过前镜面中心的竖直直线为轴对称，其中，n为大于等于3的自然数；
所述n个光源的照射角度、以及光源与前镜面中心之间的距离根据被感知物体的敏感高度和/或敏感距离，并结合光源的照射锥体和/或镜头的透光率确定；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源中的光源，包括，
将n个光源按照视场角照射位置区域划分为m个区域，m为大于1的自然数；
根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源；
所述控制方法还包括，
分别对各个光源照射下的图像进行标定，得到各个光源的标定结果，并用各个标定结果对各光源照射下所采集的当前图像帧进行校准。
较佳地，所述将n个光源按照视场角照射位置区域划分为一个以上区域，包括，
以前镜面中心为起点的m条射线将分布于圆周的n个光源划分为m个区域，
较佳地，所述m条射线包括4条射线，其中，第一射线沿前镜面水平方向指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述4个区域包括，
位于第四射线与第一射线之间的第一区域，
位于第一射线与第二射线之间的第二区域，
位于第二射线与第三射线之间的第三区域，以及
位于第三射线与第四射线之间的第四区域；
其中，第一区域光源用于照射视觉机器视角场的左上侧，第二区域光源用于照射视觉机器视角场的左下侧，第三区域光源用于照射视觉机器视角场的右下侧，第四区域光源用于照射视觉机器视角场的右上侧；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启第三区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启第二区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的中间，则开启第二区域和第三区域光源，判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果视觉机器视角场的左侧和右侧同时有物体，则同时开启第二区域和第三区域的光源，或者以一定频率分时交替开启第二区域和第三区域光源；判断是否有被感知物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源以照射低于镜头光轴的被感知物体的上表面；或者，
判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第二区域，判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
否则，开启第三区域光源，判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源以照射被感知物体的上表面。
较佳地，所述m条射线包括4条射线，其中，第一射线沿与前镜面水平方向成45度指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述4个区域，包括，
位于第四射线与第一射线之间的第一区域，
位于第一射线与第二射线之间的第四区域，
位于第二射线与第三射线之间的第二区域，以及
位于第三射线与第四射线之间的第三区域；
其中，第一区域光源用于照射视觉机器视角场的上侧，第二区域光源用于照射视觉机器视角场的下侧，第三区域光源用于照射视觉机器视角场的右侧，第四区域光源用于照射视觉机器视角场的左侧，
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启第三区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启第四区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以对照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的中间，则开启第二区域光源，判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果视觉机器视角场的左侧和右侧同时有物体，则同时开启第四区域和第三区域的光源，或者以一定频率分时交替开启第四区域和第三区域光源；判断是否有被感知物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；或者，
判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第四区域，否则，开启第三区域光源；判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源。
较佳地，所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，，还包括，当开启用于照射被感知物体的上表面的光源时，关闭当前已开启的光源。
较佳地，所述判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴包括，根据图像像素坐标系中y轴的二分之一以上是否具有亮度信息来确定，如果有，则判定物体的高度高于前镜面中心，否则，则判定物体的高度低于前镜面中心。
较佳地，所述n个光源为具有不同结构光图案的结构光光源，所述第一光源为第一图案的结构光光源，所述第二为第二图案的结构光光源。
较佳地，所述分别对各个光源照射下的图像进行标定，得到各个光源的标定结果，包括，
分别开启各个光源对具有标准图案的目标进行照射，获取该开启光源照射下标准图案的图像，记录当前采集的图像帧与该开启光源之间的对应关系，将记录的图像帧数据作为该开启光源照射下的标定结果，并保存；
所述用各个标定结果对各光源照射下所采集的当前图像帧进行校准包括，
开启光源，并记录当前所开启光源的信息，采集当前图像帧数据，
根据当前开启光源的信息，查找光源对应的标定结果；
将查找到的标定结果对当前图像帧数据进行校准。
本发明提供的一种视觉机器，包括光源子***，所述光源子***包括，分布于以视觉机器前镜面外周的n个光源；n为大于等于2的自然数；
所述视觉机器中的处理器被配置为执行上述任一所述光源控制方法的步骤。
本发明提供的一种视觉机器的光源控制方法，通过多个光源扩大了视觉机器的视场角；通过与被感知物体空间信息结合，对多个光源灵活控制，能够结合环境需求提供相应的光照射，减少了单一光源时因倒影而导致的干扰信号；对于低于镜头光轴的被感知物体，提供光照射以获得被感知物体的表面，从而获得被感知物体的深度信息，扩大了视觉机器的感知范围，提高了感知能力，丰富了视觉机器的应用。
附图说明
图1为红外光源与镜头的位置关系的一种示意图。
图2a～2c为现有光源位置照射时对图像获取影响的一种示意图。
图3为单个光源照射时亮度差异的一种示意图。
图4a～4c为实施例一的光源布局的一种示意图。
图5a～5d为不同位置、和/或不同角度的光源其FOV以及敏感距离的差异的一种示意图。
图6为实施例1的光源控制的一种流程图。
图7a～7d为在镜头高度方向(竖直方向)上分布两个光源的一种示意图。
图8为实施例2的光源控制的一种流程图。
图9为在镜头周边分布4个光源的一种示意图。
图10为实施例三的光源控制的一种流程图。
图11a～11d为在镜头周边分布n个光源的一种示意图。
图12a～12b为实施例三的光源控制的一种流程图。
图13a～13b为将n个光源划分为不同区域的一种示意图。
图14为采用左右光源的移动机器人感知物体的一种流程示意图。
图15为采用上下光源的移动机器人感知障碍物的一种流程示意图。
图16a示出了下光源照射下所获取的校准后一种图像；图16b示出了基于图16a提取的障碍物一种图像；图16c示出了步骤1502下光源照射下提取的障碍物一种图像；图16d示出了上光源照射下所获取的校准后一种图像；图16e示出了基于图16e提取的障碍物一种图像。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。
本发明提供的一种光源子***，在视觉机器镜头的周边分布至少一个以上光源，根据视觉机器视场范围内被感知物体的空间信息来控制光源，从而为视觉机器拓展视角范围。
以下将以应用于移动机器人的视觉机器为例来说明，所应理解的是，本发明不仅限于此，对于需要光源照射来获取图像数据的视觉机器设备均可适用。
实施例一
申请人发现，单个光源照射时图像传感器中心附近的成像亮度大于边缘成像亮度。参见图3所示，图3为单个光源照射时亮度差异的一种示意图。对于单个光源的TOF***来说，即使光源表面安装有匀光片的情况下，发射的光强度也会随着发射光与光源轴线的角度增加而减弱，照射的各个锥体截面仍然会存在亮度的差异。对于镜头而言，镜头是由单个或者多个透镜组成的，由于其光学特性，不同方向的光线经过透镜之后，其强度会发生较大的变化，例如，从透镜边缘进入的光线强度会发生较大的减弱，而且，镜头的透光率会随着入射光与光轴的角度增加而减小，其后果是当物体成像在画幅的边缘时，其成像的亮度会远小于出现在画幅中间的情况，使得获取物体图像困难，从而造成物体不容易被感知。
有鉴于此，本实施例采用在镜头周边左右分布光源。参见图4a～4c所示，图4a～4c为实施例一的光源布局的一种示意图，如图4a，以移动机器人的行进方向的迎面为主视图，在相机镜头水平方向上分别在镜头的左侧和右侧分布两个光源，为了获得较佳的对称性光源，所述两个光源以镜头的中心左右对称地分布，如图4b俯视图所示，两光源的轴线可以与镜头光轴平行；如图4c俯视图所示，也可以与镜头光轴具有一定的角度，较佳地，为了减少盲区范围，两光源轴线的交点位于光源照射方向的相反方向上。
在采用左右光源分布的方案时，可以将光源向各方向的衰减特性、镜头的透光率、FOV、焦距等因素考虑进整体的设计中，最终的设计目标为拓宽整体的照射范围以及光的均匀程度。具体地，将被感知物体距离移动机器人本体在承载面投影的外迎面边缘切线的垂直距离作为敏感距离，将移动机器人本体在承载面投影中心与轮廓的最大距离作为敏感宽度，可以根据敏感距离、敏感宽度的需求，结合光源的照射锥体以及镜头的透光率，选择调整光源的照射角度以及光源与前镜面中心之间的距离。
参见图5a～5d所示，图5a～5d为不同位置、和/或不同角度的光源其FOV以及敏感距离的差异的一种示意图，其中，
图5a为单一光源下的光路，以与光源轴线成角度a的光照射至物体，其中，角度a不等于0；如图5b中，对于同样敏感距离的物体，右光源以与光源轴线成0角度的光照射至物体，这样，相对于图5a而言，减少了发射光的照射角度，提高了光照射强度；
如图5c中，当右光源与镜头的距离增加时，对于相同敏感距离的物体，尽管右光源仍以与光源轴线成0角度的光照射至物体，但进入镜头的入射光与镜头光轴的夹角增加，由于镜头的透光率会随着入射光与光轴的角度增加而减小，将影响图像边缘的成像亮度，当然，相对于图5b可以获得较大的FOV；
如图5d所示，当与图5b相同位置的右光源的轴线与镜头光轴的夹角减小时，相同光路下所感知到的物体的敏感距离减小。
对于FOV，从上述图中可以见，当光源与相机前镜面中心距离增加时，FOV将随之增加，当光源轴线与相机镜头的夹角增加时，FOV将随之增加。
敏感宽度与FOV的角度变化相同。
参见图6所示，图6为实施例1的光源控制的一种流程图。该控制方法包括，
步骤601，初始时，同时开启左右两个光源，或者以较高频率分时交替开启左右两个光源；并持续当前开启模式到第一时间阈值，以便移动机器人初步判断行进方向上视场范围的物体整体情况，
步骤602，根据初步感知到的物***置，选择性地开启光源，
例如，如果物***于移动机器人行进方向的右侧的敏感距离内，则开启移动机器人本体右侧的光源；如果物***于移动机器人行进方向的左侧敏感距离内，则开启移动机器人本体左侧的光源；如果物***于移动机器人行进方向的中心线敏感距离内，或者，左侧和右侧敏感距离内同时有物体，则同时开启左右两个光源，或者以较高频率分时交替开启左右两个光源。
本实施例在切换频率够高的情况下，整体的光源FOV远远大于单个光源的照射范围，能够获取更远物体的图像数据，同时也能够在更宽范围内获得图像数据。根据物***置采用相应位置的光源进行照射，既节省了的电力，又提高的光照射强度，从而提高了获取的图像质量。
实施例二
参见图7a～7d所示，图7a～7d为在镜头高度方向(竖直方向)上分布两个光源的一种示意图。如图7a所示，以移动机器人的行进方向的迎面为主视图，在相机镜头的竖直方向上分别在镜头的上侧和下侧分布两个光源，较佳地，两个光源的中心与前镜面中心在同一直线上；较佳地，如图7b所示，位于前镜面中心下侧的下光源的轴线与镜头的光轴平行，以对移动机器人承载面上的物体进行照射，或者，如图7c所示，在下光源安装有使得发射光相对于镜头光轴以仰角度发射的匀光片，以增加对移动机器人承载面上物体的照射亮度，位于前镜面中心上侧的上光源相对于移动机器人承载面以俯角度发射光，即：光源的轴线与镜头的光轴具有小于90度的夹角，且上光源的轴线与镜头的光轴的交点位于光源照射方向的方向上，以对具有一定高度的物体的上表面进行照射。较佳地，如图7d所示，下光源也可以对相对于镜头光轴以仰角度发射光，即：光源的轴线与镜头的光轴具有小于90度的夹角，且上光源的轴线与镜头的光轴的交点位于光源照射方向的方向上。
上述上、下两光源与前镜面中心的距离可以不相等，例如，为了获得更高物体的表面图像，上光源与前镜面中心的距离大于下光源与前镜面中心的距离。
在采用上下光源分布的方案时，可以将光源向各方向的衰减特性、镜头的透光率、焦距等因素考虑进整体的设计中，最终的设计目标为拓宽整体的照射范围以及光的均匀程度。具体地，将被感知物体的高度作为敏感高度，可以根据敏感距离、敏感高度的需求，结合光源的照射锥体以及镜头的透光率，选择调整光源的照射角度以及光源与前镜面中心之间的距离。根据光路原理，被感知物体的敏感高度和敏感距离随着上光源与前镜面中心的距离增加而增加，随着上光源俯角度的增加而减小，被感知物体的敏感距离随着下光源与前镜面中心距离的减少而增加，随着下光源仰角度的增加而增加。
参见图8所示，图8为实施例2的光源控制的一种流程图。该控制方法包括，
步骤801，初始时，开启下光源，或者以较高频率分时交替开启上下两个光源；并持续当前开启模式到第一时间阈值，以对移动机器人前进方向进行照射，以便更容易地获取物体图像。
步骤802，如果感知到敏感距离内有物体，则判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，这样，相比于单光源的视觉***，镜头可以获取物体的深度值；较佳地，关闭下光源，以减少功耗；否则，不开启上光源，返回步骤801；
其中，判断该物体的高度是否低于镜头光轴时，可根据图像像素坐标系中y轴的二分之一以上是否具有亮度信息来确定，如果有，则判定物体的高度高于镜头光轴，否则，则判定物体的高度低于镜头光轴。
上述上光源开启的持续时间可以根据需要设置，例如，设置上光源开启时间持续第二阈值后关闭。当上光源关闭的同时，开启下光源。
本实施例整体的光源FOV远远大于单个光源的照射范围，能够获取更远物体的图像数据，有利于提高图像质量；通过上光源的照射能够对一定高度的物体的上表面进行照射以使得图像获取子***获得物体尚表面图像，从而获取物体本体的深度值，这样，有利于移动机器人避障，例如，移动机器人可以在避开障碍物之后按照深度值绕开该障碍物。
实施例三
实施例三为实施例一和实施例二的一种组合。
参见图9所示，图9为在镜头周边分布4个光源的一种示意图。以移动机器人的行进方向的迎面为主视图，在相机镜头水平方向上分别在镜头的左侧和右侧分布两个光源，为了获得较佳的对称性光源，所述两个光源以镜头的中心左右对称地分布；在相机镜头的竖直方向上分别在镜头的上侧和下侧分布两个光源，较佳地，两个光源的中心与前镜面中心在同一直线上。
上述左右两侧的光源与前镜面中心的距离可以与上下两光源与前镜面中心得距离各不相同或相同，例如，左右两侧光源分别与前镜面中心的距离为第一距离，上光源与前镜面中心的距离为第二距离，下光源与前镜面中心的距离为第三距离，其中，可以是，第一距离≥第二距离≥第三距离，这样，既可以通过左右光源使得镜头获得较大FOV，又可以使得上光源照射到更高的物体。
上述各个光源的照射角度、以及光源与前镜面中心的距离，可以根据敏感距离、敏感高度、敏感宽度的需求，结合光源的照射锥体以及镜头的透光率进行选择和调整。
参见图10所示，图10为实施例三的光源控制的一种流程图。该控制方法包括，
步骤1001，开启所有光源，或者以较高频率分时交替开启所有光源；并持续当前开启模式到第一时间阈值，以便移动机器人初步判断行进方向上视场范围的物体整体情况，
步骤1002，根据初步感知到的物***置和高度，选择性地开启光源，
如果物***于移动机器人行进方向的右侧的敏感距离内，则开启移动机器人本体右侧的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启上光源时，关闭右光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的左侧敏感距离内，则开启移动机器人本体左侧的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启上光源时，关闭左光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的中心线敏感距离内，则开启下光源，判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启上光源时，关闭下光源，以减少功耗；
如果左侧和右侧敏感距离内同时有物体，实施方式之一是，同时开启左右两个光源，或者以较高频率分时交替开启左右两个光源；判断是否有物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，以对低于镜头光轴的物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启上光源时，关闭左侧和右光源，以减少功耗；实施方式之二是，判断位于左侧的物体的当前敏感距离和位于右侧的物体的敏感距离哪个更小，选择敏感距离小的一侧的光源开启；判断敏感距离小的一侧的物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启上光源，较佳地，当开启上光源时，关闭当前侧光源，以减少功耗。
上述上光源开启的持续时间可以根据需要设置，例如，设置上光源开启时间持续第二阈值后关闭。当上光源关闭的同时，恢复开启上光源之前的光源开启。
本实施例通过在镜头周边上下左右地进行光源布局，进一步改善了照明的灵活性和照明需求的适应性，多角度地改善了光源的FOV，有利于图像采集质量的改善。
实施例四
参见图11a～11d所示，图11a为在镜头周边分布n个光源的一种示意图。以移动机器人的行进方向的迎面为主视图，在相机镜头周边分布n个光源，为区别于实施例一或二，本实施例中n为3以上的自然数。较佳地，n个光源均匀地分布在以前镜面中心为圆心、以大于镜头半径的第一半径的圆周上，较佳地，各个光源依次连接所形成的多边形以经过前镜面中心的竖直直线为轴对称，例如，如图11b所示，n为3时的一种布局示意图，如图11c为n为3时的另一种布局示意图，图11d为n为4时的一种布局示意图。
所应理解的是，上述各个光源的照射角度、以及光源与前镜面中心的距离，可以根据敏感距离、敏感高度、敏感宽度的需求，结合光源的照射锥体以及镜头的透光率进行选择和调整。
参见图12a～12b所示，图12a～12b为实施例三的光源控制的一种流程图。该控制方法包括，
步骤1201，开启所有光源，或者以较高频率分时交替开启所有光源；并持续当前开启模式到第一时间阈值，以便移动机器人初步判断行进方向上视场范围的物体整体情况，
步骤1202，根据初步感知到的物***置和高度，选择性地开启各个区域的光源，具体地，将n个光源按照视场角照射位置区域划分为m个区域，例如，以前镜面中心为起点的m条射线将分布于圆周的n个光源划分为m个区域，m为大于1的自然数；其中，每个区域所包括的光源数量可以相同，也可以不相同，具体可根据照射的需求确定，然后，根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源；以4个区域为例：
实施方式之一是，如图13a所示，以前镜面中心为起点的第一射线前镜面水平方向指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述4个区域包括，位于第四射线与第一射线之间的第一区域，位于第一射线与第二射线之间的第二区域，位于第二射线与第三射线之间的第三区域，以及位于第三射线与第四射线之间的第四区域；
其中，第一区域光源用于照射移动机器人行进方向(视角场)的左上侧，第二区域光源用于照射移动机器人行进方向的左下侧，第三区域光源用于照射移动机器人行进方向的右下侧，第四区域光源用于照射移动机器人行进方向的右上侧。
参见图12a，如果物***于移动机器人行进方向的右侧的敏感距离内，则开启第三区域的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第四区域光源时，关闭第三区域光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的左侧敏感距离内，则开启第二区域的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第二区域光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的中心线敏感距离内，则开启第二区域和第三区域光源，判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域和第四区域光源时，关闭第二区域和第三区域光源，以减少功耗；
如果移动机器人行进方向的左侧和右侧敏感距离内同时有物体，实施方式之一是，同时开启第二区域和第三区域的光源，或者以较高频率分时交替开启第二区域和第三区域光源；判断是否有物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源，以对低于镜头光轴的物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域和第四区域光源时，关闭第二区域和第三区域光源，以减少功耗；实施方式之二是，判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第二区域，判断该侧物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源；否则，开启第三区域光源，判断该侧物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第二区域光源，当开启第四区域光源时，关闭第三区域光源，以减少功耗；如果该侧物体的高度高于镜头光轴，则不开启第二区域。
另一种实施方式是，如图13b所示，第一射线沿与前镜面水平方向成45度指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述4个区域，包括，位于第四射线与第一射线之间的第一区域，位于第一射线与第二射线之间的第四区域，位于第二射线与第三射线之间的第二区域，以及位于第三射线与第四射线之间的第三区域；其中，第一区域光源用于照射移动机器人行进方向的上侧，第二区域光源用于照射移动机器人行进方向的下侧，第三区域光源用于照射移动机器人行进方向的右侧，第四区域光源用于照射移动机器人行进方向的左侧，
如果物***于移动机器人行进方向的右侧的敏感距离内，则开启第三区域的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第三区域光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的左侧敏感距离内，则开启第四区域的光源；判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一光源时，关闭第四光源，以减少功耗；
如果物***于移动机器人行进方向的中心线敏感距离内，则开启第二区域光源，判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，以对物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第二区域光源，以减少功耗；
如果移动机器人行进方向的左侧和右侧敏感距离内同时有物体，实施方式之一是，同时开启第四区域和第三区域的光源，或者以较高频率分时交替开启第四区域和第三区域光源；判断是否有物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，以对低于镜头光轴的物体的上表面进行照射，从而使得镜头可以获取物体上表面图像，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第四区域和第三区域光源，以减少功耗；实施方式之二是，判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第四区域，否则，开启第三区域光源；判断该侧物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源，较佳地，当开启第一区域光源时，关闭第四区域或第三区域光源，以减少功耗；如果该侧物体的高度高于镜头光轴，则不开启第一区域光源。
上述实施例中，第一射线与前镜面水平方向成0度或45度，以便于均匀地区分视场角空间，所应理解的是，可不限于此，实际应用中可根据外部的环境情况来设计。实施例中所述各个射线相互垂直，以使得各个区域的光源数量相同，所应理解的是，实际应用中可不限于此，各个射线之间的夹角可以不相同，这样以便按照光源照射的需求使得各个区域的光源数量不同，从而获得不同强度的光强度。
上述用于照射物体上表面的光源开启的持续时间可以根据需要设置，例如，设置开启时间持续第二阈值后关闭，在关闭的同时，恢复开启该光源之前的光源开启。
本实施例在镜头周边全范围地进行光源布局，通过更多的光源照射，提高了照明的灵活性和照明需求的适应性，多角度地提高了光源的FOV，有利于图像采集质量的提高。
在上述各实施例中，由于器件中电路的影响，同时个体之间元器件表现的差异，导致传感器所成像的帧数据(测量数据)与实际的真实值存在一定的偏差。在运行过程中，器件的温度也会受到电路的影响，也导致测量数据的漂移。在采用多光源的实施例中，光源的布局以及相对于镜头的安装方位也会对测量数据有影响，例如，当光源的位置与镜头的距离较远时。因此，需要通过测量值与实际真实值标定的方法来校准测量数据，既对对器件的差异性以及温度带来的影响做相应的补偿，又对多个光源对测量数据的影响进行校正，使测量值与实际值接近。鉴于在单个光源时，通常将单个光源和镜头传感器作为一个***，得到该***的标定结果，故而，在采用多光源的***中，需要针对不同光源照射时所产生的图像帧数据进行标定。标定的方法可以是，为避免红外光源之间的相互影响，逐一地分别开启不同的红外光源对具有标准图案的目标进行照射，例如，具有标准图案的标准板，图像获取子***获取当前所开启光源照射下标准图案的图像，从而完成测量值与实际真实值标定，记录当前采集的图像帧与照明光源之间的对应关系，将当前采集的图像帧数据作为该光源照射下***的标定结果，并保存。
为便于说明对图像帧数据的校准，以左右光源为例说明。参见图14所示，图14为采用左右光源的移动机器人感知物体的一种流程示意图。
步骤1401，开启光源，并记录当前所开启光源的信息，例如，光源序号，采集当前图像帧数据，
步骤1402，根据光源序号，查找对应的标定结果；将查找到的标定结果对当前图像帧数据进行校准；如果此时光源是多个，则按照各个光源信息分别查找对应的标定结果，将各个标定结果对当前图像帧数据进行校准。
步骤1403，将校准后的图像帧数据提供给物体感知算法。
参见图15所示，图15为采用上下光源的移动机器人感知障碍物的一种流程示意图。
步骤1501，开启下光源，利用下光源进行照射，采集当前图像帧数据；根据光源信息确定对应的标定结果，用标定结果对当前图像帧数据进行校准，基于校准后的数据进行障碍物检测；
在障碍物检测算法中，当发现视野中存在障碍物时，获取障碍物相对移动机器人的位置关系。
如图16a所示，图16a示出了下光源照射下所获取的校准后一种图像。当物体(图中白色部分，该物体为一棍棒)出现在FOV中，可以利用障碍物检测算法对障碍物进行提取，如图16b所示，图16b示出了基于图16a提取的障碍物一种图像。
步骤1502，判断移动机器人本体与障碍物的当前距离是否达到设定的敏感距离，如果是，则再次采集下光源照射下的当前图像帧数据，并根据光源信息确定对应的标定结果，用标定结果对当前图像帧数据进行校准；如图16c所示，图16c示出了步骤1502下光源照射下提取的障碍物一种图像。
根据该图像中y轴的二分之一以上是否具有亮度信息判断障碍物的高度是否低于镜头光轴，如果是，则关闭下光源，开启上光源，并采集当前图像帧数据；根据光源信息确定对应的标定结果，用标定结果对当前图像帧数据进行校准；如图16d所示，图16d示出了上光源照射下所获取的校准后一种图像。
由于上光源照射角度是以俯角度，易获取到地面上的物体图像，可以基于下光源提取的结果，对上光源照射结果进行筛选，以保留下光源提取结果的像素以上的部分。图16e示出了基于图16e提取的障碍物一种图像。
基于上下光源照射下所提取的图像数据，通过三维重建算法获取该障碍物的三维信息，
步骤1503，移动机器人本体根据识别到的障碍信息，结合避让策略进行障碍物的避让。
应用了左右光源或上下光源的移动机器人具有较大的FOV，特别是，应用了上下光源的移动机器人，能够获取视野中物体的三维信息，使得移动机器人的控制更加方便高效。所应理解的是，尽管上述以应用了左右光源或上下光源的移动机器人的感知视野中的物体和避障为实施例，在实际的应用中，本申请实施例三和实施四的光源子***也可被应用，并且，不仅限于移动机器人，也可应用与其他机器视觉中。
此外，对于结构光的深度相机，在多个光源布局的基础上，还可以对各个光源的结构光类型进行设计。鉴于结构光深度相机是利用发射的结构光在物体表面产生的变形来计算传感器到物体的深度，在某些物体的表面，条纹的结构光存在″失效″的可能性，故而可以利用不同图案和方向的结构光对物体进行照射，例如，可以是横条纹结构光与竖条纹结构光交替地对物体进行照射，以弥补单一方向结构光在部分场景下″失效″的缺点，也可以是散点结构光与条纹结构光的组合。以实施例三为例，分布于镜头周围的4个光源中，左右光源采用第一类型的结构光光源，上下光源采用第二类型的结构光光源。又例如实施例四中，可以结合用于照射不同空间的光源区域，不同区域的光源采用不同类型，如图13a中，第二区域和第三区域采用第一类型的结构光光源，第一区域和第四区域采用第二类型的结构光光源；如图13b中，第一区域和第二区域采用第一类型的结构光光源，第三区域和第四区域采用第二类型的结构光光源。
本发明提供的一种视觉机器，包括光源子***和图像子***，所述光源子***包括，分布于以视觉机器前镜面外周的n个光源；n为大于等于2的自然数；
光源子***和/或图像子***中的处理器被配置为执行实施例一到实施例四任一所述光源控制方法的步骤。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
对于装置/网络侧设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种视觉机器的光源控制方法，其特征在于，该控制方法包括，
开启n个光源中的至少一个第一光源以感知视场内物体的空间信息，
根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源；
其中，
所述n个光源分布于视觉机器镜头的前镜面外周，n为大于等于2的自然数；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源，包括：
根据被感知物体的位置和/或高度，选择性地开启n个光源中视场角与被感知物体的空间对应的光源，
当被感知物体在视觉机器的敏感距离内时，判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启n个光源中至少一个第二光源以照射被感知物体的上表面。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述外周为以前镜面中心为圆心、具有第一半径的圆周范围，所述第一半径至少大于视觉机器前镜面的半径。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述n为2，所述第二光源为位于镜头上侧的上光源，所述第一光源为位于镜头下侧的下光源，所述上光源的发射光相对于镜头光轴以俯角度照射，
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源，还包括，当上光源开启时，关闭下光源。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述第二光源还包括所位于镜头左侧的左光源、和位于镜头右侧的右光源；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源中的光源，还包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启视觉机器的左光源，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启视觉机器的右光源，
如果被感知物***于视觉机器视角场中间，或者，视觉机器的左侧和右侧同时有被感知物体，则同时开启左右两个光源，或者以一定频率分时交替开启左右两个光源；
当被感知物体在视觉机器的敏感距离内时，判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启所述上光源。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述左光源和右光源与前镜面中心在同一直线上，且对称地分布于镜头的两侧；所述上光源和下光源与前镜面中心在同一直线上，且上光源与前镜面中心的距离大于下光源与前镜面中心的距离，所述下光源的发射光相对于镜头光轴以仰角度照射，或者，安装有使得发射光相对于镜头光轴以仰角度发射的匀光片；
所述开启n个光源中的至少一个第一光源以感知视场内的物***置，包括，开启n个光源中的全部光源，或者以一定频率分时交替开启各个光源。
6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述n个光源均匀分布于所述圆周上，且以经过前镜面中心的竖直直线为轴对称，其中，n为大于等于3的自然数；
所述n个光源的照射角度、以及光源与前镜面中心之间的距离在设计光源时根据需要被感知物体的敏感高度和/或敏感距离，并结合光源的照射锥体和/或镜头的透光率确定；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启n个光源中的光源，还包括，
将n个光源按照视场角照射位置区域划分为m个区域，m为大于1的自然数；
根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源；
所述控制方法还包括，
分别对各个光源照射下的图像进行标定，得到各个光源的标定结果，并用各个标定结果对各光源照射下所采集的当前图像帧进行校准。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述将n个光源按照视场角照射位置区域划分为一个以上区域，包括，
以前镜面中心为起点的m条射线将分布于圆周的n个光源划分为m个区域。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述m条射线包括4条射线，其中，第一射线沿前镜面水平方向指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述m个区域包括，
位于第四射线与第一射线之间的第一区域，
位于第一射线与第二射线之间的第二区域，
位于第二射线与第三射线之间的第三区域，以及
位于第三射线与第四射线之间的第四区域；
其中，第一区域光源用于照射视觉机器视角场的左上侧，第二区域光源用于照射视觉机器视角场的左下侧，第三区域光源用于照射视觉机器视角场的右下侧，第四区域光源用于照射视觉机器视角场的右上侧；
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，还包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启第三区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启第二区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的中间，则开启第二区域和第三区域光源，判断该物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果视觉机器视角场的左侧和右侧同时有物体，则同时开启第二区域和第三区域的光源，或者以一定频率分时交替开启第二区域和第三区域光源；判断是否有被感知物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域和第四区域光源以照射低于镜头光轴的被感知物体的上表面；或者，
判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第二区域，判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
否则，开启第三区域光源，判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第四区域光源以照射被感知物体的上表面。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述m条射线包括4条射线，其中，第一射线沿与前镜面水平方向成45度指向视觉机器的左侧，第二射线与第一射线垂直，第三射线与第二射线垂直，第四射线与第三射线垂直，所述m个区域，包括，
位于第四射线与第一射线之间的第一区域，
位于第一射线与第二射线之间的第四区域，
位于第二射线与第三射线之间的第二区域，以及
位于第三射线与第四射线之间的第三区域；
其中，第一区域光源用于照射视觉机器视角场的上侧，第二区域光源用于照射视觉机器视角场的下侧，第三区域光源用于照射视觉机器视角场的右侧，第四区域光源用于照射视觉机器视角场的左侧，
所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，还包括，
如果被感知物***于视觉机器视角场的右侧，则开启第三区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的左侧，则开启第四区域的光源；判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以对照射被感知物体的上表面；
如果被感知物***于视觉机器视角场的中间，则开启第二区域光源，判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；
如果视觉机器视角场的左侧和右侧同时有物体，则同时开启第四区域和第三区域的光源，或者以一定频率分时交替开启第四区域和第三区域光源；判断是否有被感知物体的高度低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源以照射被感知物体的上表面；或者，
判断位于左侧的物体的当前敏感距离是否小于位于右侧的物体的敏感距离，如果是，则开启第四区域，否则，开启第三区域光源；判断该侧被感知物体的高度是否低于镜头光轴，如果是，则开启第一区域光源。
10.如权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述根据被感知物体的空间信息，选择性地开启与被感知物体空间对应的区域的光源，还包括，当开启用于照射被感知物体的上表面的光源时，关闭当前已开启的光源。
11.如权利要求2或8或9所述的控制方法，其特征在于，所述判断该被感知物体的高度是否低于镜头光轴包括，根据图像像素坐标系中y轴的二分之一以上是否具有亮度信息来确定，如果有，则判定物体的高度高于前镜面中心，否则，则判定物体的高度低于前镜面中心。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述n个光源为具有不同结构光图案的结构光光源，所述第一光源为第一图案的结构光光源，所述第二光源为第二图案的结构光光源。
13.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述分别对各个光源照射下的图像进行标定，得到各个光源的标定结果，包括，
分别开启各个光源对具有标准图案的目标进行照射，获取该开启光源照射下标准图案的图像，记录当前采集的图像帧与该开启光源之间的对应关系，将记录的图像帧数据作为该开启光源照射下的标定结果，并保存；
所述用各个标定结果对各光源照射下所采集的当前图像帧进行校准包括，
开启光源，并记录当前所开启光源的信息，采集当前图像帧数据，
根据当前开启光源的信息，查找光源对应的标定结果；
将查找到的标定结果对当前图像帧数据进行校准。
14.一种视觉机器，包括光源子***，其特征在于，所述光源子***包括，分布于以视觉机器前镜面外周的n个光源；n为大于等于2的自然数；
所述视觉机器中的处理器被配置为执行权利要求1至13中任一所述光源控制方法的步骤。
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