面向智能机器人的虚拟空间投影方法和装置与流程

本发明涉及智能机器人领域，具体地说，涉及一种面向智能机器人的虚拟空间投影方法和装置。

背景技术：

现有技术中，一般都采用普通的投影机作为新型办公设备，其应用于临时会议、技术讲座、网络中心、指挥监控中心。一台投影机加一白色银幕，便可以向观众展示二维图像。这种投影方式仅局限于二维图像的展示，带给用户的体验较差。

随着智能机器人技术的不断发展，人们对智能机器人需求越来越多，希望智能机器人可以实现多种多样的功能，而如何通过智能机器人，实现给用户更好体验的投影，是本领域亟需解决的重要问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种能够通过感知人体位置动态调整投影平面的方式实现三维立体投影方案来解决上述技术问题。为此，本发明提供了一种面向智能机器人的虚拟空间投影方法，其包括以下步骤：

扫描周围环境获取地形特征信息，并基于地形特征信息构建三维地图；

进行人体检测，以获取在所构建的三维空间里的人眼坐标，并根据所述人眼坐标在三维地图中确定投影平面；

基于需展示的三维影像生成人眼可视的二维图片，并将其投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，在生成人眼可视的二维图像并将其投射到所述投影平面上的步骤中，还包括以下子步骤：

先获取需展示的三维影像；

根据所述人眼坐标及所述三维影像，计算出人眼通过所述投影平面观察所述三维影像时，所述三维图像在所述投影平面上对应的二维图片；

将所述二维图片投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，采用raycast方式将所述二维图像投射到所述投影平面。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，所述三维影像包括：三维电影、三维游戏画面或三维模型。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，基于实时监测到的人眼坐标变化值来调整所述二维图片及所述二维图片在所述投影平面上的投影位置。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种面向智能机器人的虚拟空间投影装置，其包括：

地图构建单元，其用以扫描周围环境获取地形特征信息，并基于地形特征信息构建三维地图；

投影平面确定单元，其用以进行人体检测，以获取在所构建的三维空间里的人眼坐标，并根据所述人眼坐标在三维地图中确定投影平面；

投射单元，其用以基于需展示的三维影像生成人眼可视的二维图片，并将其投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，在投射单元中还包括：

三维影像获取子单元，其用以先获取需展示的三维影像；

二维图片计算子单元，其用以根据所述人眼坐标及所述三维影像，计算出人眼通过所述投影平面观察所述三维影像时，所述三维图像在所述投影平面上对应的二维图片；

二维图片投射子单元，其用以将所述二维图片投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，采用raycast方式将所述二维图像投射到所述投影平面。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，所述三维影像包括：三维电影、三维游戏画面或三维模型。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，基于实时监测到的人眼坐标变化值来调整所述二维图片及所述二维图片在所述投影平面上的投影位置。

本发明的有利之处在于，本发明的投影仪设置在智能机器人上，通过智能机器人的视觉系统实时精确地感知人的位置，尤其是人眼的坐标，从而针对人眼坐标确定投影位置以及所要投射的二维图像，使得在投影幕上显示的二维图像在人眼看来有三维的效果。通过本发明的基于人眼坐标定位的投影技术能够对现实环境有进一步增强的效果，使得投影屏幕成为虚拟的三维空间。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的原理采用智能机器人进行虚拟空间投影的示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的面向智能机器人的虚拟空间投影方法总体流程图。

图3显示了根据本发明一个实施例的面向智能机器人的虚拟空间投影方法中关于图像投射的方法流程图；

图4显示了根据本发明一个实施例的面向智能机器人的虚拟空间投影装置的结构框图，以及

图5显示了根据本发明一个实施例的面向智能机器人的虚拟空间投影装置的投射单元的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

如图1所示，其中显示了本发明的应用场景示意图。

在图1中，现实的室内环境中放置有智能机器人。该智能机器人上具有投影仪以及摄像头。放置在室内的机器人可以自动感知周围环境，并进行空间建模，构建出室内环境地图。当人走入该房间后，该机器人能够自动感知人在室内环境地图上的位置，并将摄像头朝向该人体。当机器人检测到人体的位置后，将位置信息传送给大脑进行计算最合适的投影平面，同时调整投影仪朝向室内环境中的幕墙。在本发明中，处于走动的运动状态下，可以达到较好的增强现实效果。

机器人可以根据应用的需要，模拟出人想要看到的场景。例如，当人进入室内环境后，机器人将水族馆的影像投射到幕墙上，让用户可以虚拟地体验出正处于水族馆的环境里。机器人还可以将太阳系的画面投射到幕墙上，让用户可以虚拟地体验出正处于太空的环境里。

总之，本发明的机器人可以根据用户的需要设计并显现出任何虚拟环境来。根据本发明的设计，现实房间的空间被成倍地扩大，从而提高了处于现实环境中的人们的视觉享受。

图2显示了根据本发明一个实施例的面向智能机器人的虚拟空间投影方法总体流程图。

在图2中，步骤S201，机器人扫描周围环境获取地形特征信息，并基于地形特征信息构建三维地图。例如，机器人处于一个未知的房间内，它会先通过雷达等传感器扫描检测周围环境，获取室内环境的特征信息，例如障碍物的特征、室内空间的大小等。这些地形特征信息输入到机器人系统中后，同计算构建出模拟室内现实环境的三维地图。

在本发明中，机器人优选通过SLAM技术扫描来构建三维地图。

SLAM(simultaneous localization and mapping)，也称为CML(Concurrent Mapping and Localization)，即时定位与地图构建，或并发建图与定位。机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。

在地图表示问题上，通常采用如dense和sparse的表达方式，这个需要根据实际场景需求去抉择。而在信息感知上机器人需要考虑如何全面的感知这个环境。目前用在SLAM上的传感器主要分两大类：激光雷达和摄像头。然而本发明对此并不作限制。

接下来，在步骤S202中，进行人体检测，以获取在所构建的三维空间里的人眼坐标，并根据所述人眼坐标在三维地图中确定投影平面。具体地，在本发明的一个例子中，处于室内的机器人检测进入到室内的人体信息，具体说检测人眼的位置坐标。该位置坐标信息利用前述已经构建好的三维地图空间系统来定义。接下来，根据检测得到的人眼坐标计算三维地图中相对于人眼的合适的投影平面。例如，投影的方向是正对着三维地图中的一幕白墙，那么根据计算获取其中应该投射在白墙上的具体位置。

在步骤S203中，基于需展示的三维影像生成人眼可视的二维图片，并将其投射到计算得到的投影平面上。

投射的具体步骤如图3所示。在步骤S301中，先获取需要展示的三维影像。首先在三维地图的白墙内一定距离中虚拟出一个三维影像。该三维影像可来自于任何三维电影、三维游戏画面、三维模型中的造型，也可以是上述提到的水族馆、太空星系图等环境。

在步骤S302中，根据人眼坐标及三维影像计算出人眼通过投影平面观察三维影像时三维图像在投影平面上的对应的二维图片。在具体的实施例中，机器人计算在人眼坐标处通过白墙观察墙内的三维图像时，在白墙所在的平面上应该看到的二维图片。该二维图片通过投影仪的投射，在墙面上可以使人看到希望人观察到的二维图片。

最后对投影仪的投影角度进行规划并进行投影二维图片，步骤S303。

由于在本发明的应用中，人一般是活动的，或者相对于机器人而言是运动的，而随着人的运动，本申请提供的方法，还可以随时调整人眼坐标，并根据人眼坐标的变化，调整要投影的二维图片，以及在投影平面上投影该二维图片的投影位置。实际应用中，可以保持三维影像的位置不变，随着人透过白墙观察三维影像的角度变化，改变在墙上投影的二维图片及投影该二维图片的位置，给人一种在观察墙内的三维影像的感觉，那么，在幕墙上投影出的二维图像便具有了增强现实的效果。

由于本发明的方法描述的是在计算机系统中实现的。该计算机系统例如可以设置在机器人的控制核心处理器中。例如，本文所述的方法可以实现为能以控制逻辑来执行的软件，其由机器人控制系统中的CPU来执行。本文所述的功能可以实现为存储在非暂时性有形计算机可读介质中的程序指令集合。当以这种方式实现时，该计算机程序包括一组指令，当该组指令由计算机运行时其促使计算机执行能实施上述功能的方法。可编程逻辑可以暂时或永久地安装在非暂时性有形计算机可读介质中，例如只读存储器芯片、计算机存储器、磁盘或其他存储介质。除了以软件来实现之外，本文所述的逻辑可利用分立部件、集成电路、与可编程逻辑设备(诸如，现场可编程门阵列(FPGA)或微处理器)结合使用的可编程逻辑，或者包括它们任意组合的任何其他设备来体现。所有此类实施例旨在落入本发明的范围之内。

因此，根据本发明的另一个方面，还提供了一种面向智能机器人的虚拟空间投影装置400。装置400包括：

地图构建单元401，其用以扫描周围环境获取地形特征信息，并基于地形特征信息构建三维地图；

投影平面确定单元402，其用以进行人体检测，以获取在所构建的三维空间里的人眼坐标，并根据所述人眼坐标在三维地图中确定投影平面；

投射单元403，其用以基于需展示的三维影像生成人眼可视的二维图片，并将其投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，在投射单元403中还包括：

三维影像获取子单元403a，其用以先获取需展示的三维影像；

二维图片计算子单元403b，其用以根据所述人眼坐标及所述三维影像，计算出人眼通过所述投影平面观察所述三维影像时，所述三维图像在所述投影平面上对应的二维图片；

二维图片投射子单元403c，其用以将所述二维图片投射到所述投影平面上。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，采用raycast方式将所述二维图像投射到所述投影平面。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影装置，优选的是，所述三维影像包括：三维电影、三维游戏画面或三维模型。

在一个实施例中，根据本发明的面向智能机器人的虚拟空间投影方法，优选的是，基于实时监测到的人眼坐标变化值来调整所述二维图片及所述二维图片在所述投影平面上的投影位置。

本发明的投影仪设置在智能机器人上，通过智能机器人的视觉系统实时精确地感知人的位置，尤其是人眼的坐标，从而调整投影仪的投影位置以及所要投射的二维图像，使得在投影幕上显示的二维图像在人眼看来有三维的效果。通过本发明的基于人眼坐标定位的投影技术能够对现实环境有进一步增强的效果，通过投影屏幕呈现出虚拟的三维空间。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。