一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统及测距方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统及测距方法。该系统，包括：拍摄目标物并使其在CCD板上成像的单目摄像头；和与所述单目摄像头连接的数据处理模块，所述数据处理模块获取所述CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。本发明专利技术减小了清洁机器人的整体尺寸，成本更有优势。

A monocular camera ranging system and ranging method for cleaning robot

【技术实现步骤摘要】
一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统及测距方法
本专利技术涉及清洁机器人领域，尤其涉及一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统及测距方法。
技术介绍
目前生活中普遍使用的清洁机器人，其在运动中采用红外测距来识别障碍物或物体的距离以便计算运动路线。目前新一代清洁机器人中广泛增加摄像头图像识别，使用图像加红外测距判别障碍物或物体的距离，或者通过双目摄像头的视差来测量距离。但是，现有的图像加红外测距的系统结构复杂，会导致清洁机器人的整体尺寸偏大，且制造成本也较高。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可靠性较高的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统及测距方法。一方面，本专利技术的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统，包括：拍摄目标物并使其在CCD板上成像的单目摄像头；和与所述单目摄像头连接的数据处理模块，所述数据处理模块获取所述CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。本专利技术仅仅通过结构简单的单目摄像头，即实现了测距功能。采用单目摄像头测量障碍物或物体到摄像头距离，摄像头可作为图像采集的同时可以计算距离，采用本专利技术省去了红外线测量装置，减小了清洁机器人的整体尺寸，成本更有优势。又，本专利技术中，还可包括测量所述单目摄像头的倾斜角的姿态传感器；所述数据处理模块与所述姿态传感器连接并根据所述姿态传感器的倾斜角数据校准测距结果。根据本专利技术，考虑到清洁机器人工作过程中摄像头会发生偏转，通过数据处理模块的进一步校准来实现测距的精确度。优选地，姿态传感器可包括陀螺仪。另一方面，本专利技术的用于清洁机器人的单目摄像头测距方法，包括：由单目摄像头拍摄目标物并使其在CCD板上成像；由数据处理模块获取所述CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。进一步地，本专利技术还可包括所述数据处理模块根据姿态传感器测量的摄像头的倾斜角数据校准测距结果。又，本专利技术中，所述倾斜角可包括左右倾斜角或前后倾斜角，所述数据处理模块对左右倾斜或前后倾斜获取的成像数据进行校正。又，本专利技术中，可将所述倾斜角分解为前后倾斜角和左右倾斜角，然后依次校正前后倾斜和左右倾斜，或依次校正左右倾斜和前后倾斜。附图说明图1是本专利技术一实施形态的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统的结构示意图；图2是采用图1所示系统进行测距的示意性原理图；图3是清洁机器人发生左右偏转后的测距原理示意图；图4是清洁机器人发生前后偏转后的测距原理示意图；图5是图4在CCD板处的局部放大图。具体实施方式下面结合附图并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，实施方式只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制专利技术的范围。针对现有技术中清洁机器人使用图像加红外测距判别障碍物或物体的距离所存在的种种问题，本专利技术提供了一种可靠性较高的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统。图1示出了本专利技术的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统的一实施形态。如图1所示，本实施形态的用于清洁机器人的单目摄像头测距系统，包括单目摄像头、姿态传感器和数据处理模块；单目摄像头和姿态传感器分别和数据处理模块连接。单目摄像头可用于拍摄目标物，并使其在CCD板上成像。该单目摄像头通常可设置在清洁机器人的前面上方。单目摄像头可以是现有的单目摄像头，可包括镜头和CCD板，光线通过镜头折射并在CCD板上聚焦。具体地，可利用凸透镜的光学成像，光线通过凸透镜聚焦成像，通过镜头中心点的光线方向不变，所以通过中心点到达CCD板的点，即成像点位置。姿态传感器可用于测量单目摄像头的倾斜角。倾斜角可以分解成左右倾斜角和前后倾斜角。姿态传感器例如可采用现有的陀螺仪，陀螺仪可直接输出倾斜角数据，以此测量单目摄像头的倾斜角。数据处理模块可用于获取CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距，同时数据处理模块能够根据姿态传感器的倾斜角数据校准测距结果。图2是采用图1所示系统进行测距的示意性原理图。如图2所示，作为本专利技术用于清洁机器人的单目摄像头测距方法的一示例，可包括如下步骤：步骤一，单目摄像头拍摄目标物，并在CCD板上成像，并将成像数据传输给数据处理模块；步骤二，数据处理模块获取成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。以下结合图2对测距进一步详细说明。可设定摄像头的高度和摄像头的焦距，光轴DC垂直于CCD板所在平面。测距计算公式可如下所述。本专利技术中的测距指测量摄像头在地面的投影点(即下述A点)到目标物特征点(即下述B点)的距离，并用L表示。通过光学成像原理可知，通过镜头中心点C的光线方向不变，其中B点在CCD板上的成像点为E，以CCD中心点为坐标原点建立坐标系，则E点在X轴上的投影为G，E点在Y轴上的投影为F，通过测量E点到G点的像素个数来表示EG的长度，通过测量E点到F点的像素来表示EF的长度。根据投影关系，△ECG和△CBA相似，则有EG/CG＝CA/AB；EG可由数据处理模块测得，并表示为E点到G点的像素个数。其中DG的长度可由数据处理模块测得，通过测量D点到G点的像素个数，CD的长度等于焦距，并以单位距离上的像素个数作为单位。CA的长度等于摄像头高度H，并以单位距离上的像素个数作为单位；即其中，H表示摄像头的高度，本专利技术中的摄像头高度表示镜头中心点到地面的垂直距离；摄像头焦距为已知参数；B表示目标物与地面接触点；即目标物特征点；A表示摄像头在地面的投影点；C表示镜头中心点；D表示CCD板的中心点；E表示目标物特征点在CCD板的成像点；G和F分别表示E在X轴和Y轴上的投影点。以下结合图3至图5进一步对数据处理模块根据姿态传感器的倾斜角数据校准测距结果进行详细说明。其中，图3是清洁机器人发生左右偏转后的测距原理示意图；图4是清洁机器人发生前后偏转后的测距原理示意图；图5是图4在CCD板处的局部放大图。如图3-图5所示，清洁机器人在行走过程，由于地面不平，其姿态发生倾斜，此时的成像数据不能继续用上述的公式进行计算，而是需要对成像数据进行修正以符合上述计算公式。以下首先分别对摄像头左右倾斜和前后倾斜进行详细说明。如图3所示，在一个实施例中，还包括步骤三，对摄像头左右倾斜获取的成像数据进行校正，清洁机器人的姿态发生左右倾斜，摄像头也相应产生左右倾斜，姿态传感器检测摄像头左右偏转角度α1，并传输给数据处理模块，数据处理模块对成像数据进行校正，校正过程如下：通过前后投影变化可知，CCD板上的坐标系发生偏转，左右偏转角度α1为∠G’DG，其中G’表示清洁机器人偏转前E点在X轴的投影点，成像点E距离中心点D的距离不变，即DE的长度不变，则∠EDG＝arctan(EG/DG)∠EDG’＝∠EDG-α1修正后的EG’＝DE*sin∠EDG’；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统，其特征在于，包括：/n拍摄目标物并使其在CCD板上成像的单目摄像头；和/n与所述单目摄像头连接的数据处理模块，所述数据处理模块获取所述CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。/n

【技术特征摘要】
20180928 CN 20181113805001.一种用于清洁机器人的单目摄像头测距系统，其特征在于，包括：
拍摄目标物并使其在CCD板上成像的单目摄像头；和
与所述单目摄像头连接的数据处理模块，所述数据处理模块获取所述CCD板上的成像数据，并提取目标物特征点的成像数据用于测距。


2.根据权利要求1所述的单目摄像头测距系统，其特征在于，还包括：
测量所述单目摄像头的倾斜角的姿态传感器；
所述数据处理模块与所述姿态传感器连接并根据所述姿态传感器的倾斜角数据校准测距结果。


3.根据权利要求2所述的单目摄像头测距系统，其特征在于，所述姿态传感器包括陀螺仪。


4.一种用于清...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珂嘉，周四海，代新刚，
申请(专利权)人：成都家有为力机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51