TW201727418A - 分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其包括一圖像採集模組，用於採集具有該自動行走建議系統的自主移動設備在行走方向上的地面圖像；一地面紋理分析模組，與所述圖像採集模組連接，用於接收所述地面圖像並進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；一姿態預判模組，用於預估所述自主移動設備處於具有所述紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；一地面紋理資料庫，用於存儲所述地面圖像中的紋理特徵資訊及相應地存儲所述自主移動設備預估的姿態資訊。本發明進一步涉及一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法。
Description
本發明涉及一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統及方法。
目前，即時定位及地圖構建（SLAM）是機器人等自主移動設備在定位過程中最常用的一種技術，該SLAM技術是指機器人從未知環境的位置地點出發，在運動過程中通過重複觀測到的地圖特徵定位自身的位置和姿態，再根據自身增量式的構建地圖，從而達到同時定位和地圖構建的目的。
然，由於自主移動設備在移動過程中環境的影響，如地面摩擦係數較大、地面坑洞、沙等，往往會導致移動的結果不如預期，容易造成自主移動位移的偏差，從而影響自主移動的方向和距離，有的甚至會導致該自主移動設備傾倒或損毀。
有鑒於此，確有必要提供一種能够使自主移動設備安全順暢地移動的分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統及方法。
一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其包括：一圖像採集模組，用於採集具有該自動行走建議系統的自主移動設備在行走方向上的地面圖像；一地面紋理分析模組，與所述圖像採集模組連接，用於接收所述地面圖像並進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；一姿態預判模組，用於預估所述自主移動設備處於具有所述紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；一地面紋理資料庫，用於存儲所述地面圖像中的紋理特徵資訊及相應地存儲所述自主移動設備預估的姿態資訊。
一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其包括以下步驟：
提供一具有所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統的自主移動設備，所述自動行走建議系統包括一圖像採集模組，用於採集具有該自動行走建議系統的自主移動設備在行走方向上的地面圖像；一地面紋理分析模組，與所述圖像採集模組連接，用於接收所述地面圖像並進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；一姿態預判模組，用於預估所述自主移動設備處於具有所述紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；一地面紋理資料庫，用於存儲所述地面圖像中的紋理特徵資訊及相應地存儲所述自主移動設備預估的姿態資訊；利用所述圖像採集模組對所述自主移動設備在行走方向上的地面進行圖像採集，並將該圖像發送至所述地面紋理分析模組；利用所述地面紋理分析模組對採集到的所述地面圖像進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；所述姿態預判模組結合所述紋理特徵資訊預估所述自主移動設備處於所述具有紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；將所述地面圖像的紋理特徵資訊與所述地面紋理資料庫中已存儲的紋理特徵資訊進行比對，判斷所述地面圖像的紋理特徵資訊是否已經存在於所述地面紋理資料庫中，若“是”，則找到所述地面紋理資料庫中相同的紋理特徵資訊並根據對應的姿態建議所述自主移動設備做相應的處置；若“否”，則在所述地面紋理資料庫中新增所述地面紋理圖像的紋理特徵資訊及對應的預估姿態資訊；記錄本次所述自主移動設備行走的狀況。
與先前技術比較，本發明分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統及方法，通過邊行走邊建立地面紋理資料庫並不斷進行完善，使自主移動設備後續遇到類似的地面紋理時能夠安全順暢地移動，以避免自主移動設備傾倒或損毀。
圖1為本發明分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統的模組圖。
圖2為本發明分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法的流程圖。
請參閱圖1，本發明提供一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其包括：一圖像採集模組，用於採集具有該自動行走建議系統的自主移動設備在行走方向上的地面圖像；一地面紋理分析模組，與所述圖像採集模組連接，用於接收所述地面圖像並進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；一姿態預判模組，用於預估所述自主移動設備處於具有所述紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；一地面紋理資料庫，用於存儲所述地面圖像中的紋理特徵資訊及相應地存儲所述自主移動設備預估的姿態資訊；一資料驗證模組，連接所述地面紋理分析模組和所述地面紋理資料庫，用於判斷所述提取出的紋理特徵資訊是否與所述地面紋理資料庫中已儲存的紋理特徵資訊匹配。
所述自主移動設備為任意能夠自身獨立移動的設備，可以為機器人、無人駕駛車等。
所述圖像採集模組包括一攝像頭，該攝像頭設置于所述自主移動設備面對行走方向的一面，所述攝像頭拍攝所述自主移動設備在行走方向上地面紋理的圖像，所述地面紋理包括坑洞、沙、石子、污漬等摩擦係數較大的地面及平整的地面。所述攝像頭為一般的基於CCD或CMOS的網路攝像頭即可。
所述地面紋理分析模組通過一資料線與所述圖像採集模組連接，所述圖像採集模組採集到的地面圖像的信號通過所述資料線傳輸至所述地面紋理分析模組，基於電腦視覺技術，所述地面紋理分析模組對所述地面圖像進行處理，進行圖像處理的目的是提取所述地面圖像中的紋理特徵資訊，該紋理特徵資訊可以描述為“地毯”、“瓷磚”等能夠明顯區分地面紋理的特徵資訊。
所述姿態預判模組包括一慣性測量裝置（IMU），該慣性測量裝置包括一陀螺儀(Gyro)，根據所述陀螺儀可以得知所述自主移動設備目前的方位角，在此基礎上透過數學預測模式可以推估所述自主移動設備後續行走時方位角的變化，並結合所述地面紋理分析模組提取出的紋理特徵資訊，可以預測所述自主移動設備處於所述地面紋理時的姿態。所述數學預測模式可以採用卡爾曼濾波方法。
所述地面紋理資料庫儲存有多個地面圖像的紋理特徵資訊及每一個所述地面圖像的紋理特徵資訊對應的所述自主移動設備的預估姿態，如“地毯”，對應的姿態為“加速度30公里/小時”、“瓷磚”，對應的姿態為“加速度50公里/小時”。所述地面紋理資料庫以分類的方式存儲所述多個地面圖像的紋理特徵資訊，該紋理特徵資訊可以為文本形式。一個地面圖像的紋理特徵資訊分類對應一個所述自主移動設備的預估姿態，同一個紋理特徵資訊分類可以在原有分類的基礎上不斷細化，同一個紋理特徵資訊分類對應的姿態也可以通過不斷修正，進一步實現自主移動設備移動的安全性與順暢度。
所述地面紋理資料庫是一個從無到有、即時建立並不斷完善的過程，所述地面紋理資料庫內存儲的資料不會重複出現，同樣的紋理特徵資訊及對應的姿態只會存儲一次，防止資料重複繁多造成混亂。
所述資料驗證模組連接所述地面紋理分析模組和所述地面紋理資料庫，用於判斷所述提取出的紋理特徵資訊是否與所述地面紋理資料庫中已儲存的紋理特徵資訊匹配，匹配是指所述地面紋理分析模組中的紋理特徵資訊與所述地面紋理資料庫中已存儲的紋理特徵資訊相同或相對應。
所述自動行走建議系統進一步包括一定位模組，如GPS，所述定位模組用於得知所述自主移動設備所在路面的位置，所述定位模組結合所述地面紋理資料庫將所述自主移動設備在不同環境狀況不同時段的姿態輸入雲端，並進行資料分析，針對同一路段分析出一個最安全穩定的移動姿態，存儲於所述地面紋理資料庫，如果其他的自主移動設備在該地面紋理上行走，只要下載該路面資料庫，其他的自主移動設備均能夠安全順暢地通過該地面紋理。
請參閱圖2，本發明進一步提供一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其包括以下步驟：
S1，提供一具有所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統的自主移動設備；
S2，利用圖像採集模組對所述自主移動設備在行走方向上的地面進行圖像採集，並將該圖像發送至所述地面紋理分析分析模組；
S3，利用地面紋理分析模組對所述圖像進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；
S4，所述姿態預判模組結合所述紋理特徵資訊預估所述自主移動設備處於所述具有紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；
S5，將所述地面圖像的紋理特徵資訊與所述地面紋理資料庫中已存儲的紋理特徵資訊進行比對，判斷所述地面圖像的紋理特徵資訊是否已經存在於所述地面紋理資料庫中，若“是”，則找到所述地面紋理資料庫中相同的紋理特徵資訊並根據對應的姿態建議所述自主移動設備做相應處置；若“否”，則在所述地面紋理資料庫中新增所述地面圖像的紋理特徵資訊及對應的預估姿態資訊。
S6，記錄本次所述自主移動設備行走的狀況。
在所述S3步驟中，所述利用地面紋理分析模組對所述圖像進行處理的具體步驟為：
S31，提取由奇數行象素構成的子圖像即奇場圖像；
S32，採用中值濾波演算法對地面圖像進行處理以減小地面圖像中的雜訊；
S33，利用Canny邊緣檢測運算元來提取邊緣點。
在所述S4步驟中，所述姿態資訊是指所述自主移動設備處於所述地面紋理時的加速度、仰角、速度等資訊。
在所述S6步驟中，所述自主移動設備根據所述地面紋理資料庫中的姿態在所述地面進行行走，在行走過程中，每隔一段時間讀取所述姿態預判模組中陀螺儀的輸出資料，並進行資料分析，如建立圖表等。如果所述陀螺儀輸出的資料均小於一預設的門檻值時，則判斷行走狀況為“穩定”；如果所述陀螺儀輸出的資料大於所述預設的門檻值時，則判斷行走狀況為“不穩定”，此時，將該行走狀況及陀螺儀的資料回饋給所述自主移動設備，並建議其下次行走在具有相同紋理的地面時相對穩定的一個姿態。所述“不穩定”包括所述自主移動設備晃動或傾倒，所述門檻值為人為設置的一資料，該資料被認為是所述自主移動設備穩定行走與不穩定行走時姿態的臨界值。
當所述自主移動設備的上次行走不穩定時，所述自主移動設備在下次行走同一紋理的地面時，會根據其上次行走的姿態和所述陀螺儀的輸出資料，建議其下次行走時相對穩定的一個姿態，並用該姿態替換所述地面紋理資料庫中原有的姿態，逐漸優化完善所述地面紋理資料庫，使其存儲的是所述自主移動設備在同一地面紋理相對穩定的一個姿態。
本發明分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統及方法，通過邊行走邊建立地面紋理資料庫，並在行走過程中記錄每次行走的狀況並回饋給所述自主移動設備，並建議其下次行走具有相同紋理的地面時的姿態，同時修正地面紋理資料庫，從而不斷地完善地面紋理資料庫，使自主移動設備後續遇到類似的地面紋理時能夠安全順暢地移動。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
無
無
Claims (10)
- 一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其包括：一圖像採集模組，用於採集具有該自動行走建議系統的自主移動設備在行走方向上的地面圖像；一地面紋理分析模組，與所述圖像採集模組連接，用於接收所述地面圖像並進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；一姿態預判模組，用於預估所述自主移動設備處於具有所述紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；一地面紋理資料庫，用於存儲所述地面圖像中的紋理特徵資訊及相應地存儲所述自主移動設備預估的姿態資訊。
- 如請求項1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其中，所述地面紋理包括坑洞、沙、石子、汙漬等摩擦係數較大的地面及平整的地面。
- 如請求項1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其中，所述地面紋理資料庫以分類的方式存儲所述多個地面圖像的紋理特徵資訊。
- 如請求項1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其中，所述紋理特徵資訊為文本形式。
- 如請求項1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其中，所述地面紋理資料庫中一個所述地面圖像的紋理特徵資訊分類對應一個所述自主移動設備預估的姿態，同樣的紋理特徵資訊及對應的預估姿態只存儲一次。
- 如請求項1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統，其中，進一步包括一GPS，該GPS用於得知所述自主移動設備所在地面的位置。
- 一種分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其包括以下步驟：
提供一具有如權利要求1所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議系統的自主移動設備；
利用所述圖像採集模組對所述自主移動設備在行走方向上的地面進行圖像採集，並將該圖像發送至所述地面紋理分析模組；
利用所述地面紋理分析模組對採集到的所述地面圖像進行處理，提取出所述地面圖像中的紋理特徵資訊；
所述姿態預判模組結合所述紋理特徵資訊預估所述自主移動設備處於所述具有紋理特徵資訊的地面時的姿態資訊；
將所述地面圖像的紋理特徵資訊與所述地面紋理資料庫中已存儲的紋理特徵資訊進行比對，判斷所述地面圖像的紋理特徵資訊是否已經存在於所述地面紋理資料庫中，若“是”，則找到所述地面紋理資料庫中相同的紋理特徵資訊並根據對應的姿態建議所述自主移動設備做相應的處置；若“否”，則在所述地面紋理資料庫中新增所述地面紋理圖像的紋理特徵資訊及對應的預估姿態資訊；
記錄本次所述自主移動設備行走的狀況。 - 如請求項7所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其中， 對所述利用所述地面紋理分析模組對採集到的所述地面圖像進行處理的具體步驟為：
提取由奇數行象素構成的子圖像即奇場圖像；
採用中值濾波演算法對地面圖像進行處理以減小地面圖像中的雜訊；
利用Canny邊緣檢測運算元來提取邊緣點。 - 如請求項7所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其
中，所述記錄本次所述自主移動設備行走狀況的具體步驟為：所述自主移動設備根據所述地面紋理資料庫中的姿態資訊進行移動，每隔一段時間讀取所述姿態預判模組中陀螺儀的輸出資料，並進行資料分析，如果所述輸出資料小於某一預設的門檻值，則判斷行走狀況為“穩定”；如果所述輸出資料大於某一預設的門檻值，則判斷行走狀況為“不穩定”。 - 如請求項9所述分析地面紋理並結合資料記錄的自動行走建議方法，其中，所述自主移動設備的行走狀況判斷為不穩定時，將該行走狀況及陀螺儀的輸出數據反饋給所述自主移動設備，並建議其下一次在具有相同紋理的地面行走時相對穩定的一個姿態，同時修正所述地面紋理資料庫中已存儲的姿態。
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