一种自适应的摄像头角度调节方法与流程

1.本发明涉及摄像头调节算法技术领域，尤其是涉及一种自适应的摄像头角度调节方法。


背景技术：

2.墙面处理机器人，在墙面作业的相关领域，逐步代替了人工作业，而在墙面建筑机器人施工过程中，在施工过程中自适应的转动摄像头，可以使得设备使用单个摄像头覆盖大面积的视野。自适应旋转摄像头时，需要与机器人的动作强耦合，在机器人不需要当前摄像头方向视野时，将摄像头旋转，朝向之后施工需要的方向，实现摄像头的复用；在墙面处理机器人对垂直墙面施工时，设备先向上方施工，此时需要摄像头朝向顶部判断顶部的天花板、消防管与设备之间的距离，避免碰撞；当确定顶部施工高度后，摄像头需要朝向右侧，判断设备在顶部右移时，是否会碰撞到墙面、梁面或消防管。
3.而在建筑机器人长期施工过程中，摄像头安装的机械位置不可避免地出现松动，长期在复杂环境下使用得摄像头及其旋转机构，会造成机械结构的偏转误差，会带来
±
2-3
°
的摄像头偏斜，在周期性的维保之前，摄像头需要具备自检及调节能力，需要根据场景有自适应的纠正能力，使得设备能够稳定运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种自适应的摄像头角度调节方法，以解决现有技术中摄像头长时间复用过程中，容易引发摄像头机械结构误差，造成摄像头偏斜的技术问题。
5.本发明提供一种自适应的摄像头角度调节方法，该方法适用于墙面处理机器人，该机器人的顶部设置摄像头模块，用于在机器人上行和右移中采集障碍物图像信息，该方法中，所述摄像头模块通过舵机配合旋转，该方法包括如下步骤：
6.sp1：设备上行时需要摄像头观察顶部上方障碍物及天花板的高度，确定设备上行施工的极限高度，摄像头在上行过程中连续观察，设备在上行过程中升降高度为h，障碍物及天花板距离摄像头的距离为d，设备升降高度原点与摄像头距离探测原点的垂直方向距离为d1，则障碍物距离地面的距离d
total
＝h+d+d1，即等同于障碍物、天花板到摄像头的距离，摄像头到升降机构原点，升降机构原点到地面的距离之和；
7.sp2：当d《1000mm，且d
total
的值的波动在20mm以内时，认为顶部固定障碍物的信息已经完全采集到，此时摄像头不需要继续朝向顶部观察；
8.sp3：主升降至施工顶部，摄像头在舵机的驱动下从顶部转向右边；
9.sp4：摄像头朝向右侧时，判断右侧是否有梁、消防管等障碍物，决定设备是否可以右移，若可以右移，摄像头在移动中一直保持检测右侧场景，直至设备完成右移动作；
10.sp5：完成右移动作后，下行时的障碍物数据在右移前的上行过程中已经采集完成，摄像头处于静默状态，完成一轮施工循环中的摄像头旋转。
11.进一步，所述摄像头视野朝向顶面时，在检测到障碍物及天花板时，同步做障碍物
及天花板与摄像头间的角度检测，包括如下步骤：
12.sp1：对连续的多帧角度数据做平滑滤波；
13.sp2：将滤波后的角度数据进行存储；
14.sp3：每5000帧的角度存储后，对角度做一次正态分布校正，若存在99.5％以上的角度记录分布在88-92
°
之间，计算平均值，再将平均值与90
°
做差，该差值即为角度的修正量。
15.进一步，施工过程中，天花板与地面整体平行，局部会存在平缓的凹凸起伏，则在摄像头视野内的天花板面角度在88-92
°
之间，若连续存在同一方向上3
°
以上的误差，天花板或地面可能存在质量问题，非摄像头角度调节问题。
16.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
17.其一，现有技术中，在建筑机器人长期施工过程中，摄像头安装的机械位置不可避免地出现松动，长期在复杂环境下使用得摄像头及其旋转机构，会造成机械结构的偏转误差，会带来
±
2-3
°
的摄像头偏斜，在周期性的维保之前，摄像头需要具备自检及调节能力，需要根据场景有自适应的纠正能力，使得设备能够稳定运行，针对此类问题，本发明设计一种自适应的摄像头角度调节方法，摄像头首先需要实现对顶面和右侧的障碍物进行检测，通过算法计算出顶部的固定障碍物的信息是否已经被完全采集完成，再旋转摄像头至右侧，检测右移过程中是否存在障碍物。
18.其二，本发明中，摄像头朝向顶面时，由于摄像头可能产生的机械误差，需要计算其误差的差值，通过多帧角度数据进行计算，可计算出角度的修正量，便于每次调整摄像头的偏移量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明中摄像头模块在墙面处理机器人表面安装结构示意图；
21.图2为本发明中摄像头模块的结构示意图。
22.附图标记：
23.1、摄像头模块；11、摄像头；12、舵机。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
26.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.下面结合图1至图2所示，本发明实施例提供了一种自适应的摄像头角度调节方法，该方法适用于墙面处理机器人，该机器人的顶部设置摄像头模块1，用于在机器人上行和右移中采集障碍物图像信息，该方法中，摄像头模块1通过舵机12配合旋转，该方法包括如下步骤：
30.sp1：设备上行时需要摄像头11观察顶部上方障碍物及天花板的高度，确定设备上行施工的极限高度，摄像头11在上行过程中连续观察，设备在上行过程中升降高度为h，障碍物及天花板距离摄像头11的距离为d，设备升降高度原点与摄像头11距离探测原点的垂直方向距离为d1，则障碍物距离地面的距离d
total
＝h+d+d1，即等同于障碍物、天花板到摄像头11的距离，摄像头11到升降机构原点，升降机构原点到地面的距离之和；
31.sp2：当d《1000mm，且d
total
的值的波动在20mm以内时，认为顶部固定障碍物的信息已经完全采集到，此时摄像头11不需要继续朝向顶部观察；
32.sp3：主升降至施工顶部，摄像头11在舵机12的驱动下从顶部转向右边；
33.sp4：摄像头11朝向右侧时，判断右侧是否有梁、消防管等障碍物，决定设备是否可以右移，若可以右移，摄像头11在移动中一直保持检测右侧场景，直至设备完成右移动作；
34.sp5：完成右移动作后，下行时的障碍物数据在右移前的上行过程中已经采集完成，摄像头11处于静默状态，完成一轮施工循环中的摄像头11旋转。
35.墙面处理机器人是针对墙面做打磨、抹腻子、细打磨、喷涂等步骤,将整个墙面全覆盖施工，其施工路径为s型路径，其施工的基本流程为：施工机构一次施工的宽度约600mm，从墙面的底部施工至墙面的顶部，然后施工机构处于非施工状态，设备在不施工状态下向右移动约500mm，移动后，设备的施工机构处于施工状态，从墙面的顶部施工到底部；完成上一条施工后，设备向右移动500mm，即完成一次施工循环。
36.现有技术中，在建筑机器人长期施工过程中，摄像头11安装的机械位置不可避免地出现松动，长期在复杂环境下使用得摄像头11及其旋转机构，会造成机械结构的偏转误差，会带来
±
2-3
°
的摄像头11偏斜，在周期性的维保之前，摄像头11需要具备自检及调节能力，需要根据场景有自适应的纠正能力，使得设备能够稳定运行，针对此类问题，本发明设计一种自适应的摄像头角度调节方法，摄像头11首先需要实现对顶面和右侧的障碍物进行检测，通过算法计算出顶部的固定障碍物的信息是否已经被完全采集完成，再旋转摄像头11至右侧，检测右移过程中是否存在障碍物。
37.具体的，摄像头11视野朝向顶面时，在检测到障碍物及天花板时，同步做障碍物及
天花板与摄像头11间的角度检测，包括如下步骤：
38.sp1：对连续的多帧角度数据做平滑滤波；
39.sp2：将滤波后的角度数据进行存储；
40.sp3：每5000帧的角度存储后，对角度做一次正态分布校正，若存在99.5％以上的角度记录分布在88-92
°
之间，计算平均值，再将平均值与90
°
做差，该差值即为角度的修正量。
41.摄像头11朝向顶面时，由于摄像头11可能产生的机械误差，需要计算其误差的差值，通过多帧角度数据进行计算，可计算出角度的修正量，配合摄像头11和舵机12的机械结构，便于每次调整摄像头11的偏移量。
42.具体的，施工过程中，天花板与地面整体平行，局部会存在平缓的凹凸起伏，则在摄像头11视野内的天花板面角度在88-92
°
之间，若连续存在同一方向上3
°
以上的误差，天花板或地面可能存在质量问题，非摄像头11角度调节问题。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。