一种扫地机器人及其摄像头补光系统、方法与流程

本发明涉及扫地机器人领域，具体涉及一种扫地机器人及其摄像头补光系统、方法。

背景技术：

扫地机器人又叫懒人扫地机，是一种能对地面进行自动吸尘的智能家用电器。能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清扫、吸尘和擦地工作，将地面杂物吸纳进入自身的垃圾收纳盒，完成地面清理的功能。

现有的扫地机器人常常通过红外感应或超声波仿生技术检测障碍物，对障碍物进行避开，将垃圾或吸或扫或擦进行清理。红外线传输距离远，但对使用环境有相当高的要求，当遇上浅色或是深色的家居物品它无法反射回来，不能够有效避障，会造成机器与家居物品发生碰撞；而且使用红外检测仅能够使机器人获悉前面内有障碍物，不能使机器人准确确定障碍物的具体位置，无法及时作出预判、有效避障。对于超声波，其检测视角较小，受环境干扰比较大，检测不到地面低矮和细小的障碍物，易导致扫地机器人被细小物体缠绕，避障效果不好，而提高视角需额外增加超声波模块数量，使得成本较高。

如果拟利用摄像头检测障碍物的位置信息进行避障，摄像头采集图像时，当环境光不足，拍摄的图像亮度常常过暗，需要进行补光。对于现有的摄像头补光方法，常常通过设定一个参考值，当环境光亮度小于该参考值时，就进行补光，这样的方式不对具体情况加以区别，其补光强度往往是固定的亮度，易出现过度补光的现象。

技术实现要素：

本申请提供一种扫地机器人及其摄像头补光系统、方法，可避免摄像头拍摄的图像出现过度补光现象，并在可以不补光的情况下不补光，节约电能，在需要补光时，所补的光适应于环境光、强度可调。

根据本申请第一方面，本申请提供一种扫地机器人摄像头补光系统，包括：摄像头、环境光传感器、控制器、驱动模块和补光灯；

所述摄像头用于实时采集地面图像；

所述环境光传感器与控制器相连接，用于采集当前环境光的亮度值信息；

所述控制器与摄像头相连接，用于比较摄像头实时采集到的地面图像亮度值与预设亮度值，当图像亮度值与预设亮度值的差值大于设定的阈值差时，获取当前环境光的亮度值，根据当前环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，计算驱动电流值；

所述驱动模块与控制器、补光灯相连接，根据控制器输出的驱动电流值大小，驱动补光灯发出相应亮度的红外光。

在一些实施例，补光灯包括分别设置于摄像头的镜头水平径向方向两侧的左补光灯和右补光灯，其中，左补光灯和右补光灯均为红外灯。

在一些实施例，左补光灯发光视角与右补光灯发光视角相同，大于或等于摄像头的拍摄视角。

在一些实施例，所述控制器还用于当所述图像亮度值与预设亮度值的差值大于设定的阈值差时，向环境光传感器输出采光命令；所述环境光传感器还用于根据所述采光命令，采集当前环境光的亮度值信息，并将其发送至控制器。

在一些实施例，所述控制器包括：第一比较器、第二比较器和换算器；

第一比较器正输入端连接摄像头，接入图像亮度值信号，负输入端接入预设亮度值信号；

第二比较器正输入端连接第一比较器输出端，接入图像亮度值与预设亮度值的差值信号，负输入端接入设定的阈值差信号，当且仅当图像亮度值与预设亮度值的差值大于设定的阈值差时，输出有效电平；

换算器第一输入端连接第二比较器输出端，当换算器第一输入端接入有效电平时，换算器第二输入端接入图像亮度值信号和预设亮度值信号，换算器第三输出端接入环境光传感器采集的当前环境光的亮度值信号，根据当前环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，计算并输出相应的驱动电流。

根据本申请第二方面，本申请提供一种扫地机器人摄像头补光方法，其特征在于，包括：

图像获取步骤，实时获取地面图像；

环境光亮度获取步骤，获取当前环境光的亮度值；

数据处理步骤，比较比较摄像头实时采集到的地面图像亮度值与预设亮度值，当两者的差值大于设定的阈值差时，根据当前环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，计算驱动电流值；

驱动步骤，根据所述驱动电流值大小，驱动补光灯发出相应亮度的红外光。

在一些实施例，所述环境光亮度获取步骤包括：向环境光传感器输出采光命令，使得环境光传感器采集当前环境光的亮度值信息，并接收该亮度值信息。

在一些实施例，所述数据处理步骤中，计算驱动电流值包括：先计算图像亮度值与预设亮度值的差值，再根据所述差值与当前环境光的亮度值之和，计算驱动电流值。

根据本申请第三方面，本申请提供一种扫地机器人，其特征在于，包括：如本申请第一方面所述的扫地机器人摄像头补光系统。

根据本申请第四方面，本申请提供一种可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如本申请第二方面所述的方法。

本申请的有益效果为：由于本申请利用摄像头实时采集地面图像，再利用控制器将地面图像亮度值与预设亮度值进行比较，当图像亮度值与预设亮度值的差值大于设定的阈值差时，获取当前环境光的亮度值，根据环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，进行相应强度的补光，使得所补的光适应于环境光、强度可调；又由于当图像亮度值与预设亮度值的差值不大于设定的阈值差时，不采取补光措施，可在保证图像中障碍物被分辨的同时又节约电能，使得机器人可工作更长时间。

附图说明

图1为一种扫地机器人摄像头补光系统结构图；

图2为一种实施例的摄像头与补光灯示意图；

图3为一种实施例的摄像头拍摄视角与补光区示意图；

图4为一种实施例的控制器结构图；

图5为一种扫地机器人摄像头补光系统的工作过程示意图；

图6为一种扫地机器人摄像头补光方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

对于本申请的扫地机器人，利用摄像头采集图像是为了根据图像信息检测障碍物，确定障碍物的位置信息和检测出地面低矮和细小的物体，因此，对图像的亮度要求并不是特别的高，在一些情况下可以不补光，只要能够从图像中辨别障碍物就足够。而且，扫地机器人工作依赖于内部的蓄电池，充电一次，电能是额定，如果如现有技术中那样，当环境光亮度小于该参考值时，就进行无差别的补光，容易造成电能的浪费，减少了机器人的工作时间，也易出现过度补光，使得图像曝光过度，导致无法从图像中辨别障碍物，对机器人的避障有影响。

在本发明实施例中，提供了一种扫地机器人摄像头补光系统和方法，先比较地面图像亮度值a与预设亮度值b，当a-b>c时(c为设定的阈值差，表示可从图像中辨别障碍物的图像亮度临界值)，可能导致无法从图像中辨别障碍物时，采取补光措施，当a-b≤c时，表示所拍摄的图像亮度尽管稍有不足，但仍可从图像中清晰辨别障碍物，此时，不进行补光，可节约电能，也可避免出现补光灯被频繁使用导致器件损坏的问题。

请参考图1，一种扫地机器人摄像头补光系统结构图，该系统包括：摄像头1、环境光传感器5、控制器4、驱动模块3、补光灯2。

摄像头1用于实时采集地面图像。

环境光传感器5与控制器4相连接，用于采集当前环境光的亮度值信息。

控制器4与摄像头1相连接，用于比较摄像头1实时采集到的地面图像亮度值a与预设亮度值b，当图像亮度值与预设亮度值的差值a-b大于设定的阈值差c时，获取当前环境光的亮度值d，根据当前环境光的亮度值d、图像亮度值

和预设亮度值b，计算驱动模块3的驱动电流值i。

驱动模块3与控制器1、补光灯2相连接，根据控制器1输出的驱动电流值i的大小，驱动补光灯2发出相应亮度的红外光。

由此可见，本申请先通过摄像头1实时采集地面图像，再利用控制器4将地面图像亮度值a与预设亮度值b进行比较，在图像亮度值与预设亮度值的差值a-b大于设定的阈值差c时，获取当前环境光的亮度值d，根据环境光的亮度值d、图像亮度值b和预设亮度值a，进行相应强度的补光，所补的光适应于环境光、强度可调。

如图2所示，在一些实施例中，补光灯2包括分别设置于摄像头1的镜头水平径向方向两侧的左补光灯21和右补光灯22。其中，左补光灯21和右补光灯22均为红外灯，下面具体说明。

需要指出的是，本申请的补光灯之所以采用红外灯，是因为现有的可见光补光灯，对黑暗环境补光效果比较好，但对光亮环境，环境光照强度较好时，容易出现过曝现象，使得无法从图像中识别障碍物。另外，本申请之所以采用两个补光灯，即左补光灯2和右补光灯3，并将其分别设置于摄像头1的镜头水平径向方向两侧，是因为单补光灯易造成补光不均的问题，而且因为扫地机器人通过摄像头1采集图像是为了采集地面图像并从图像中辨别障碍物，如果需要补光的话，对水平方向进行补光就可以，因此将两个补光灯分别设置于摄像头1的镜头水平径向方向两侧，已经足够满足扫地机器人摄像头补光的需要，可以不设置两个以上的补光灯。

如图3所示，在一种实施例中，左补光灯21发光视角与右补光灯22发光视角相同，用α表示，α大于或等于摄像头1的拍摄视角β。在具体实施例中，摄像头1为常用的cmos镜头，其直径不超过15mm；左补光灯21与右补光灯22对称设置于摄像头1两侧，与摄像头1的距离不超过2mm，因此，左补光灯光照区与右补光灯光照区的光线重叠区(即补光区)与摄像头1的拍摄视角范围基本相同，实现补光时，光照均匀。

在一些实施例中，控制器4还用于当图像亮度值与预设亮度值的差值a-b大于设定的阈值差c时，向环境光传感器5输出采光命令。环境光传感器5还用于根据采光命令，采集当前环境光的亮度值信息，并将其发送至控制器4。如此一来，环境光传感器5仅在需要补光时，接到采光命令后再采集当前环境光的亮度值信息，可以不始终处于工作状态，不仅有利于节约能量增加机器人的工作时间，还可避免出现因环境光传感器5长时间工作导致器件损坏的问题。

在一些实施例中，控制器4先计算图像亮度值与预设亮度值的差值a-b，再根据该差值与当前环境光的亮度值之和a-b+d，计算驱动模块3的驱动电流值i。

参考图4，在一些实施例中，控制器4包括：第一比较器41、第二比较器42和换算器40。

第一比较器41正输入端连接摄像头1，接入图像亮度值信号a，负输入端接入预设亮度值信号b；

第二比较器42正输入端连接第一比较器41输出端，接入图像亮度值与预设亮度值的差值信号a-b，负输入端接入设定的阈值差信号c，当且仅当图像亮度值与预设亮度值的差值大于设定的阈值差时，输出有效电平；

换算器40第一输入端连接第二比较器42输出端，当换算器40第一输入端接入有效电平时，换算器40第二输入端接入图像亮度值信号a和预设亮度值信号b，换算器40第三输出端接入环境光传感器5采集的当前环境光的亮度值信号d，根据当前环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，计算并输出相应的驱动电流i。在一实施例，控制器4先计算图像亮度值与预设亮度值的差值a-b，再根据该差值与当前环境光的亮度值之和a-b+d，计算驱动模块3的驱动电流值i。

综上所述，参考图5，本申请的一种扫地机器人摄像头补光系统，其工作过程为：

首先，利用摄像头1实时采集地面图像信息；

其次，控制器4将所采集的图像亮度值a与预设亮度值b进行比较，

当两者的差值a-b≤c时，不进行补光；

当两者的差值a-b>c时，采取补光措施，包括：利用环境光传感器5采集当前环境光亮度值d，控制器4再根据当前环境光度值d、图像亮度值a与预设亮度值b，计算驱动电流值i，最后驱动模块3根据驱动电流值i的大小，驱动补光灯2发出相应亮度的红外光。

相应地，本申请还提供了一种扫地机器人，包括上述实施例中任一项所述的扫地机器人摄像头补光系统。

实施例二：

参考图6，基于上述系统，本申请还提供了一种扫地机器人摄像头补光方法，包括：

图像获取步骤100，实时获取地面图像；

环境光亮度获取步骤200，获取当前环境光的亮度值；

数据处理步骤300，比较比较摄像头实时采集到的地面图像亮度值与预设亮度值，当两者的差值大于设定的阈值差时，根据当前环境光的亮度值、图像亮度值和预设亮度值，计算驱动电流值；

驱动步骤400，根据所述驱动电流值大小，驱动补光灯发出相应亮度的红外光。

在一些实施例，环境光亮度获取步骤200包括：向环境光传感器5输出采光命令，使得环境光传感器5采集当前环境光的亮度值信息，并接收该亮度值信息。

在一些实施例，数据处理步骤300中，计算驱动电流值包括：先计算图像亮度值与预设亮度值的差值，再根据所述差值与当前环境光的亮度值之和，计算驱动电流值。

相应地，本申请还提供了一种扫地机器人摄像头补光装置

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，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、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。