专利名称：基于机器视觉的家庭智能清理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种家庭智能清理系统，尤其是家庭地面垃圾的自动识别、自动清理， 以及地面掉落钱币、钥匙等的检测与提醒。
背景技术：
随着经济和科技的发展，自动化与智能化水平越来越高；同时随着生活压力的增大，在家的时间迅速缩减，家庭家务成了一种负担；人们希望有一种智能系统，能够自动的代替人来打扫房间，清理地面，一旦地面有废纸或其他垃圾，系统可自动立即前进清理。中国专利公开号CN200977121，申请公布日2007年11月21日，发明创造的名称是一种智能吸尘器装置，该发明公开了一种新的吸尘器装置，其不足之处是，该发明在按钮按下后，只是根据吸尘器与环境的关系得到最优路径，但是并不是自动前去清理，仍是人在控制，装置的智能化和及时性不足。根据上述要求，需要一种新的家庭智能清理系统，来实现智能和实时清理。本发明基于机器视觉，根据视频处理和图像检测算法，采用摄像头摄取图像并处理检测，并根据检测结果控制电动机工作，真正实现智能化处理和实时的清洁。
发明内容
本发明目的是设计一种智能化的家庭清理系统，实现家庭地面的实时清理。本发明能够实时的保持地面的干净，噪声小，耗电低，满足人们对智能、安全、健康的要求。根据技术要求，系统包括DSP中央处理器平台，红外摄像头，无线雷达，红外通信模块，报警系统，发动机，车轮，小型吸尘器和垃圾箱；红外摄像头来回摆动，摄取地面图像信息；DSP中央处理器对摄像头采集到的图像进行处理判断，检测是否有异物，如果有异物，判断是何种异物；无线雷达对异物位置判定，确定距离和方位；发动机制动底部车轮向异物位置前进；当到达所在位置时，根据DSP平台判定的结果，如果是垃圾，小型吸尘器开启清理，如果是钱币、钥匙、笔等物，报警系统开启，提醒捡拾；当垃圾箱快满时，报警开启， 提醒清理垃圾箱；家庭人员也可以通过红外遥控器控制本系统工作。基于机器视觉的家庭智能清理系统，将对地面实时扫描，由于房间内家具和墙的遮挡，会导致某些位置亮度很低，而在晚上，灯光死角可能会一片黑暗，因此系统采用红外摄像头摄取地面图像，光线对系统工作影响会变弱，增强了系统对环境的抵抗能力。视频图像采集后传入以DSP芯片为核心的嵌入式处理平台，经过视频图像解码， 图像预处理，光照补偿，图像滤波，阈值分割，特征提取等，完成图像异物检测，而后将检测到的异物的特征与系统存储的特征对比，判断异物的种类。异物检测到后，系统通过无线雷达判断异物所在的距离和方位，同时电动机开启， 系统车轮转动，到达异物所在的位置。根据DSP处理器的判断，如果异物是需要清理的垃圾，吸尘器开启，清理垃圾。如果异物是钱币、钥匙等家庭成员可能不小心掉落的东西，系统报警开启，提醒家庭成员捡拾。当垃圾箱快满时，系统报警开启，提醒及时清理。由于机器视觉和图像处理检测存在一定的误差，对某些垃圾无法识别；另一方面，对于如废钥匙、坏笔管一类，系统认定不能清理但人认为没用，此时就需要人来操作系统完成清理工作。系统包含红外通信模块，人可以通过红外遥控器对系统操作，完成前进、转弯、
清理工作。本发明的优点是可以通过摄像头实时检测地面是否有异物，并可以自动识别垃圾，自动前去清理，也可以识别出掉落地面的钱币和钥匙等物，智能化程度高，安全可靠，是家庭和办公室的生活助手，可以大大提高人们的日常生活水平。
附图一是本系统的硬件结构图。附图二是系统的软件流程图。附图三是红外通信模块接收到命令后的操作。
具体实施例方式以下结合附图对本发明予以详细阐述。附图一是本系统的整体结构图。如图所示，系统包括处理器平台、红外摄像头、雷达、吸尘器、红外通信模块、电动机、车轮等。DSP芯片是处理器核心，通过EBIU总线与SDRAM 和FLASH连接，负责数据运算和存储；通过PPI接口与视频解码芯片连接，接收视频图像数据；红外通信模块与DSP芯片的PF接口连接，传输遥控器的命令。红外摄像头固定在旋转柱上，可以左右旋转扫描摄取图像，后端与处理器平台上的视频解码芯片连接。无线雷达置于摄像头下方，同样随摄像头摆动，测量距离和具体方位。电动机置于底部，与车轮连接，控制系统前进的方向和速度。吸尘器吸口置于前端底部，与垃圾箱连接，负责清理工作。附图二是除远程监控功能外的系统整体软件流程图。系统采用Linux嵌入式操作系统，以硬件驱动程序为基础编程。红外摄像头摄取到图像后，经过图像滤波、光线补偿、灰度处理、二值化处理、阈值分割、特征提取等操作后，根据异物与周围环境的拓扑关系和异物本身的特征进行检测识别。如果是异物，电动机旋转，控制车轮旋转，前进到异物处。如果是垃圾，则吸尘器开启，清理异物。如果是钱币、钥匙等物，则系统报警，提醒捡拾。如果红外通信部分接收到数据，则系统停止检测，根据命令，完成前进、转弯、清理、停止对应的操作。整个系统核心部分是视频处理，异物检测与识别部分，其工作流程为(1)摄像头获取原始图像后，对图像进行平滑、增强等预处理。(2)利用相对熵阈值的图像分割技术获取最佳的全局阈值，以利于后续的特征提取和识别。(3)对分割后得到的图像进行滤波处理，去除可能含有的孤立点噪声。(4)采用机器视觉不变性法，针对处理后的图像，提取灰度、纹理、颜色、结构特征等图像特征值作为原始特征，与存储器中存储的异物包含的特征值对比，判断是否是异物， 若是，电动机制动。(5)将检测到的异物与数据库中存储的各种异物的特征对比，判断是何种异物，如果是垃圾，则开启吸尘器；如果是钱币、钥匙、笔、磁卡时，开启报警提示。
权利要求
1.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于系统包括DSP中央处理器平台，红外摄像头，无线雷达，红外通信模块，报警系统，发动机，车轮，小型吸尘器和垃圾箱；红外摄像头来回摆动，摄取地面图像信息；DSP中央处理器对摄像头采集到的图像进行处理判断， 检测是否有异物，如果有异物，判断是何种异物；无线雷达对异物位置判定，确定距离和方位；发动机制动底部车轮向异物位置前进；当到达所在位置时，根据DSP平台判定的结果， 如果是垃圾，小型吸尘器开启清理，如果是钱币、钥匙、笔等物，报警系统开启，提醒捡拾；当垃圾箱快满时，报警开启，提醒清理垃圾箱；家庭人员也可以通过红外遥控器控制本系统工作；整个系统高35cm，长52cm，宽40cm。
2.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的异物检测及判断，是对红外摄像头摄取的图像处理，并提取特征，判断是否有异物存在；如果存在异物，进行特征对比判断是钱币等异物还是所要清理的垃圾。
3.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的无线雷达，是通过无线雷达判断异物所在的距离和方位。
4.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的发动机驱动车轮，是当检测到有异物存在时，发动机开启，制动车轮向异物位置前进。
5.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的报警提醒，是当检测到的异物是钱币、钥匙、笔、磁卡时，报警开启，提醒捡拾；当垃圾箱快满时，系统报警，提醒清理。
6.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的吸尘器清理，是当检测到的异物是线头、废纸、果皮、木屑、塑料、铁头等垃圾时，吸尘器开启清理。
7.基于机器视觉的家庭智能清理系统，其特征在于所述的红外遥控，是家庭人员可以通过遥控器控制系统工作，包括前进、转弯、开启吸尘器的操作。
全文摘要
本发明是一种家庭使用的可以自动识别地面垃圾并智能清理的家庭清理系统。该系统以DSP芯片为核心搭建嵌入式平台，采用红外摄像头摄取地面图像，采用无线雷达定位所要清理的垃圾的位置，采用小型吸尘器清洁地面，底部包括电动机，用来驱动车轮，前进到垃圾位置清理。本系统可以自动的清理地面废纸，果皮，塑料，线头，铁屑等垃圾，并可自动识别钥匙，钱币，笔等可能误落在地面的东西，系统清理面积大，工作及时，可一直保持家庭地面的干净，同时工作噪声小，节能，稳定可靠，是家庭和办公室的清理助手，可以极大的方便人们的生活。
文档编号G06K9/62GK102283616SQ20101051545
公开日2011年12月21日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者于瑞, 赵文仓 申请人:青岛科技大学