分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法与流程

本发明涉及一种分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法。

背景技术：

目前，即时定位及地图构建（slam）是机器人等自主移动设备在定位过程中最常用的一种技术，该slam技术是指机器人从未知环境的位置地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征定位自身的位置和姿态，再根据自身增量式的构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。

然，由于自主移动设备在移动过程中环境的影响，如地面摩擦系数较大、地面坑洞、沙等，往往会导致移动的结果不如预期，容易造成自主移动位移的偏差，从而影响自主移动的方向和距离，有的甚至会导致该自主移动设备倾倒或损毁。

技术实现要素：

有鉴于此，确有必要提供一种能够使自主移动设备安全顺畅地移动的分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法。

一种分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统，其包括：一图像采集模组，用于采集具有该自动行走建议系统的自主移动设备在行走方向上的地面图像；一地面纹理分析模组，与所述图像采集模组连接，用于接收所述地面图像并进行处理，提取出所述地面图像中的纹理特征信息；一姿态预判模组，用于预估所述自主移动设备处于具有所述纹理特征信息的地面时的姿态信息；一地面纹理资料库，用于存储所述地面图像中的纹理特征信息及相应地存储所述自主移动设备预估的姿态信息。

一种分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议方法，其包括以下步骤：

提供一具有所述分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统的自主移动设备，所述自动行走建议系统包括一图像采集模组，用于采集具有该自动行走建议系统的自主移动设备在行走方向上的地面图像；一地面纹理分析模组，与所述图像采集模组连接，用于接收所述地面图像并进行处理，提取出所述地面图像中的纹理特征信息；一姿态预判模组，用于预估所述自主移动设备处于具有所述纹理特征信息的地面时的姿态信息；一地面纹理资料库，用于存储所述地面图像中的纹理特征信息及相应地存储所述自主移动设备预估的姿态信息；利用所述图像采集模组对所述自主移动设备在行走方向上的地面进行图像采集，并将该图像发送至所述地面纹理分析模组；利用所述地面纹理分析模组对采集到的所述地面图像进行处理，提取出所述地面图像中的纹理特征信息；所述姿态预判模组结合所述纹理特征信息预估所述自主移动设备处于所述具有纹理特征信息的地面时的姿态信息；将所述地面图像的纹理特征信息与所述地面纹理资料库中已存储的纹理特征信息进行比对，判断所述地面图像的纹理特征信息是否已经存在于所述地面纹理资料库中，若“是”，则找到所述地面纹理资料库中相同的纹理特征信息并根据对应的姿态建议所述自主移动设备做相应的处置；若“否”，则在所述地面纹理资料库中新增所述地面纹理图像的纹理特征信息及对应的预估姿态信息；记录本次所述自主移动设备行走的状况。

与现有技术比较，本发明分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法，通过边行走边建立地面纹理资料库并不断进行完善，使自主移动设备后续遇到类似的地面纹理时能够安全顺畅地移动，以避免自主移动设备倾倒或损毁。

附图说明

图1为本发明分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统的模组图。

图2为本发明分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明提供一种分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统，其包括：一图像采集模组，用于采集具有该自动行走建议系统的自主移动设备在行走方向上的地面图像；一地面纹理分析模组，与所述图像采集模组连接，用于接收所述地面图像并进行处理，提取出所述地面图像中的纹理特征信息；一姿态预判模组，用于预估所述自主移动设备处于具有所述纹理特征信息的地面时的姿态信息；一地面纹理资料库，用于存储所述地面图像中的纹理特征信息及相应地存储所述自主移动设备预估的姿态信息；一资料验证模组，连接所述地面纹理分析模组和所述地面纹理资料库，用于判断所述提取出的纹理特征信息是否与所述地面纹理资料库中已储存的纹理特征信息匹配。

所述自主移动设备为任意能够自身独立移动的设备，可以为机器人、无人驾驶车等。

所述图像采集模组包括一摄像头，该摄像头设置于所述自主移动设备面对行走方向的一面，所述摄像头拍摄所述自主移动设备在行走方向上地面纹理的图像，所述地面纹理包括坑洞、沙、石子、污渍等摩擦系数较大的地面及平整的地面。所述摄像头为一般的基于ccd或cmos的网络摄像头即可。

所述地面纹理分析模组通过一数据线与所述图像采集模组连接，所述图像采集模组采集到的地面图像的信号通过所述数据线传输至所述地面纹理分析模组，基于计算机视觉技术，所述地面纹理分析模组对所述地面图像进行处理，进行图像处理的目的是提取所述地面图像中的纹理特征信息，该纹理特征信息可以描述为“地毯”、“瓷砖”等能够明显区分地面纹理的特征信息。

所述姿态预判模组包括一惯性测量装置（imu），该惯性测量装置包括一陀螺仪(gyro)，根据所述陀螺仪可以得知所述自主移动设备目前的方位角，在此基础上透过数学预测模式可以推估所述自主移动设备后续行走时方位角的变化，并结合所述地面纹理分析模组提取出的纹理特征信息，可以预测所述自主移动设备处于所述地面纹理时的姿态。所述数学预测模式可以采用卡尔曼滤波方法。

所述地面纹理资料库储存有多个地面图像的纹理特征信息及每一个所述地面图像的纹理特征信息对应的所述自主移动设备的预估姿态，如“地毯”，对应的姿态为“加速度30公里/小时”、“瓷砖”，对应的姿态为“加速度50公里/小时”。所述地面纹理资料库以分类的方式存储所述多个地面图像的纹理特征信息，该纹理特征信息可以为文本形式。一个地面图像的纹理特征信息分类对应一个所述自主移动设备的预估姿态，同一个纹理特征信息分类可以在原有分类的基础上不断细化，同一个纹理特征信息分类对应的姿态也可以通过不断修正，进一步实现自主移动设备移动的安全性与顺畅度。

所述地面纹理资料库是一个从无到有、实时建立并不断完善的过程，所述地面纹理资料库内存储的资料不会重复出现，同样的纹理特征信息及对应的姿态只会存储一次，防止资料重复繁多造成混乱。

所述资料验证模组连接所述地面纹理分析模组和所述地面纹理资料库，用于判断所述提取出的纹理特征信息是否与所述地面纹理资料库中已储存的纹理特征信息匹配，匹配是指所述地面纹理分析模组中的纹理特征信息与所述地面纹理资料库中已存储的纹理特征信息相同或相对应。

所述自动行走建议系统进一步包括一定位模组，如gps，所述定位模组用于得知所述自主移动设备所在路面的位置，所述定位模组结合所述地面纹理资料库将所述自主移动设备在不同环境状况不同时段的姿态输入云端，并进行数据分析，针对同一路段分析出一个最安全稳定的移动姿态，存储于所述地面纹理资料库，如果其它的自主移动设备在该地面纹理上行走，只要下载该路面资料库，其它的自主移动设备均能够安全顺畅地通过该地面纹理。

请参阅图2，本发明进一步提供一种分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议方法，其包括以下步骤：

s1，提供一具有所述分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统的自主移动设备；

s2，利用图像采集模组对所述自主移动设备在行走方向上的地面进行图像采集，并将该图像发送至所述地面纹理分析分析模组；

s3，利用地面纹理分析模组对所述图像进行处理，提取出所述地面图像中的纹理特征信息；

s4，所述姿态预判模组结合所述纹理特征信息预估所述自主移动设备处于所述具有纹理特征信息的地面时的姿态信息；

s5，将所述地面图像的纹理特征信息与所述地面纹理资料库中已存储的纹理特征信息进行比对，判断所述地面图像的纹理特征信息是否已经存在于所述地面纹理资料库中，若“是”，则找到所述地面纹理资料库中相同的纹理特征信息并根据对应的姿态建议所述自主移动设备做相应处置；若“否”，则在所述地面纹理资料库中新增所述地面图像的纹理特征信息及对应的预估姿态信息。

s6，记录本次所述自主移动设备行走的状况。

在所述s3步骤中，所述利用地面纹理分析模组对所述图像进行处理的具体步骤为：

s31，提取由奇数行象素构成的子图像即奇场图像；

s32，采用中值滤波算法对地面图像进行处理以减小地面图像中的噪声；

s33，利用canny边缘检测算子来提取边缘点。

在所述s4步骤中，所述姿态信息是指所述自主移动设备处于所述地面纹理时的加速度、仰角、速度等信息。

在所述s6步骤中，所述自主移动设备根据所述地面纹理资料库中的姿态在所述地面进行行走，在行走过程中，每隔一段时间读取所述姿态预判模组中陀螺仪的输出数据，并进行数据分析，如建立图表等。如果所述陀螺仪输出的数据均小于一预设的门槛值时，则判断行走状况为“稳定”；如果所述陀螺仪输出的数据大于所述预设的门槛值时，则判断行走状况为“不稳定”，此时，将该行走状况及陀螺仪的数据反馈给所述自主移动设备，并建议其下次行走在具有相同纹理的地面时相对稳定的一个姿态。所述“不稳定”包括所述自主移动设备晃动或倾倒，所述门槛值为人为设置的一数据，该数据被认为是所述自主移动设备稳定行走与不稳定行走时姿态的临界值。

当所述自主移动设备的上次行走不稳定时，所述自主移动设备在下次行走同一纹理的地面时，会根据其上次行走的姿态和所述陀螺仪的输出数据，建议其下次行走时相对稳定的一个姿态，并用该姿态替换所述地面纹理资料库中原有的姿态，逐渐优化完善所述地面纹理资料库，使其存储的是所述自主移动设备在同一地面纹理相对稳定的一个姿态。

本发明分析地面纹理并结合资料记录的自动行走建议系统及方法，通过边行走边建立地面纹理资料库，并在行走过程中记录每次行走的状况并反馈给所述自主移动设备，并建议其下次行走具有相同纹理的地面时的姿态，同时修正地面纹理资料库，从而不断地完善地面纹理资料库，使自主移动设备后续遇到类似的地面纹理时能够安全顺畅地移动。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。