基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法及近距離避障系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法及近距離避障系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]移動(dòng)機(jī)器人是通過傳感器來感知環(huán)境，但是目前的傳感器感知環(huán)境的能力還不完善，感知傳感器給出的數(shù)據(jù)不精確，感應(yīng)范圍存在盲區(qū)等。現(xiàn)有傳感器中三維深度攝像頭是一個(gè)較好的選擇，具有獲取環(huán)境精度高，但是存在感應(yīng)盲區(qū)的問題。目前的三維深度攝像機(jī)的成像原理大致分為兩種:一種是通過結(jié)構(gòu)光獲取深度，紅外激光發(fā)射相對隨機(jī)但又固定的斑點(diǎn)圖案，這些光斑打在物體上后，因?yàn)榕c攝像頭距離不同，被攝像頭捕捉到的位置也不盡相同，然后計(jì)算拍到的圖案的斑點(diǎn)與標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖案在不同位置的位移；另一種是TOF (Time Of Flight)光學(xué)測距，計(jì)算光線飛行的時(shí)間，首先讓裝置發(fā)出脈沖光，并且在發(fā)射處接收目標(biāo)物的反射光，即由測量時(shí)間差算出目標(biāo)物的距離。
[0003]三維深度攝像機(jī)獲取的數(shù)據(jù)精確，但是由于其設(shè)備自身精度問題，在現(xiàn)有的避障方法中還未有用三維深度攝像機(jī)做三維避障的方法。因?yàn)槿S深度攝像機(jī)存在近距離感知盲區(qū)，無法測量微小的位移或微小的時(shí)間變化，使其無法獲取過近的物體的數(shù)據(jù)當(dāng)障礙物處于盲區(qū)內(nèi)將無法安全避障，比如kinect —代三維深度攝像機(jī)的近距離感知環(huán)境的范圍為0.4m至3.5m，在Om至0.4m范圍為kinect的工作盲區(qū)，當(dāng)物體接近到機(jī)器人工作盲區(qū)或突然出現(xiàn)在機(jī)器人工作盲區(qū)時(shí)，kinect將無法發(fā)現(xiàn)障礙物，而無法實(shí)現(xiàn)安全避障，這對于移動(dòng)機(jī)器人如何安全自主避障是個(gè)很大的缺陷。
[0004]如果能夠克服三維深度攝像機(jī)無法實(shí)現(xiàn)近距離安全避障的缺陷，則對三維避障的改進(jìn)具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何利用三維深度攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)近距離安全避障。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法，包括:
[0008]獲取移動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)前方的深度圖像，所述深度圖像包括地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)；
[0009]檢測到移動(dòng)裝置前方的深度圖像中地面存在障礙物時(shí)，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線；
[0010]檢測到移動(dòng)裝置前方部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取時(shí)，判定無數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，根據(jù)計(jì)算出的角度改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向。
[0011]上述基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法的有益效果在于:移動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)，獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，根據(jù)深度圖像判斷是否存在障礙物，存在障礙物則計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線，防止移動(dòng)裝置按原來的移動(dòng)路線移動(dòng)與障礙物發(fā)生碰撞，實(shí)現(xiàn)安全避障；當(dāng)障礙物與移動(dòng)裝置距離比較近時(shí)，不能直接從深度圖像判斷是否有障礙物，而是通過檢測深度圖像是否存在部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取的情況，如果部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取則判定無法獲取數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，并計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，從而準(zhǔn)確判斷出近距離障礙物以及近距離障礙物的位置，由于此時(shí)障礙物與移動(dòng)裝置距離比較近，從而立即改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向，安全實(shí)現(xiàn)近距離避障。
[0012]—種基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障系統(tǒng)，包括:三維深度攝像機(jī)、上位機(jī)、下位機(jī)、通信裝置以及移動(dòng)裝置，所述移動(dòng)裝置在地面上移動(dòng)；
[0013]所述三維深度攝像機(jī)安裝于移動(dòng)裝置上，用于獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，所述深度圖像包括地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)；并將所述深度圖像通過通信裝置發(fā)送給上位機(jī)；
[0014]所述上位機(jī)用于檢測到移動(dòng)裝置前方的深度圖像中地面存在障礙物時(shí)，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線，并向下位機(jī)發(fā)送改變移動(dòng)裝置移動(dòng)路線的控制命令；檢測到移動(dòng)裝置前方部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取時(shí)，判定無數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，根據(jù)計(jì)算出的角度改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向，并向下位機(jī)發(fā)送改變移動(dòng)裝置移動(dòng)方向的控制命令；
[0015]所述下位機(jī)用于根據(jù)所述控制命令控制移動(dòng)裝置移動(dòng)。
[0016]上述基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障系統(tǒng)的有益效果在于:三維深度攝像機(jī)安裝于移動(dòng)裝置上，通過三維深度攝像機(jī)來獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，深度圖像精度高，可以精確地得知移動(dòng)裝置前方的環(huán)境；上位機(jī)通過通信裝置的得到三維深度攝像機(jī)獲取的深度圖像，移動(dòng)裝置與障礙物距離比較遠(yuǎn)時(shí)，上位機(jī)可直接根據(jù)深度圖像判斷是否存在障礙物，存在障礙物時(shí)計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離發(fā)送改變路線的控制命令給下位機(jī)，當(dāng)移動(dòng)裝置與障礙物距離比較近時(shí)，不能直接從深度圖像判斷是否有障礙物，而是通過檢測深度圖像是否存在部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取的情況，如果部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取則判定該無法獲取數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，并計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，根據(jù)計(jì)算出的角度發(fā)送立即改變移動(dòng)方向的控制命令給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)控制命令控制移動(dòng)裝置移動(dòng)，從而在近距離和遠(yuǎn)距離的情況下都能實(shí)現(xiàn)安全避障。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019]標(biāo)號說明:
[0020]1、三維深度攝像機(jī)；2、通信裝置；3、上位機(jī)；4、下位機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。
[0022]本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:采用三維深度攝像機(jī)獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，近距離避障時(shí)，通過分析深度圖像的地面數(shù)據(jù)無法獲取的部分判斷是否存在障礙物，實(shí)現(xiàn)近距離安全避障。
[0023]請參照圖1，
[0024]—種基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法，包括:
[0025]S1、獲取移動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)前方的深度圖像，所述深度圖像包括地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)；
[0026]S2、檢測到移動(dòng)裝置前方的深度圖像中地面存在障礙物時(shí)，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線；
[0027]S3、檢測到移動(dòng)裝置前方部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取時(shí)，判定無數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，根據(jù)計(jì)算出的角度改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向。
[0028]上述基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障方法的有益效果在于:移動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)，獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，根據(jù)深度圖像判斷是否存在障礙物，存在障礙物則計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線，防止移動(dòng)裝置按原來的移動(dòng)路線移動(dòng)與障礙物發(fā)生碰撞，實(shí)現(xiàn)安全避障；當(dāng)障礙物與移動(dòng)裝置距離比較近時(shí)，不能直接從深度圖像判斷是否有障礙物，而是通過檢測深度圖像是否存在部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取的情況，如果部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取則判定無法獲取數(shù)據(jù)的地面部分為障礙物，并計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度，從而準(zhǔn)確判斷出近距離障礙物以及近距離障礙物的位置，由于此時(shí)障礙物與移動(dòng)裝置距離比較近，從而立即改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向，安全實(shí)現(xiàn)近距離避障。
[0029]進(jìn)一步的，所述“獲取移動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)前方場景的深度圖像”之前還包括:獲取移動(dòng)裝置在無障礙物的水平地面靜止時(shí)前方的深度圖像，記錄無障礙物情況下地面數(shù)據(jù)位于深度圖像的最下面的行數(shù)N。
[0030]進(jìn)一步的，所述“計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度”具體為:
[0031]計(jì)算每個(gè)角度內(nèi)當(dāng)前地面數(shù)據(jù)在當(dāng)前深度圖像最下面N行中的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
[0032]當(dāng)三維數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)為O時(shí)，判定三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為O的角度為障礙物存在的角度。
[0033]從上述描述可知，由于障礙物遮擋了三維深度攝像機(jī)獲取地面數(shù)據(jù)，導(dǎo)致有障礙物的區(qū)域無法獲取任何數(shù)據(jù)，表現(xiàn)為最下面的N行數(shù)據(jù)即地面部分出現(xiàn)一塊空白，因此通過對比當(dāng)前地面數(shù)據(jù)與無障礙物情況下地面數(shù)據(jù)，從而根據(jù)地面數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)判斷有無障礙物，沒有三維數(shù)據(jù)點(diǎn)則說明有障礙物。
[0034]進(jìn)一步的，所述地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)為三維數(shù)據(jù)。
[0035]請參照圖2，
[0036]—種基于三維深度攝像機(jī)的近距離避障系統(tǒng)，包括:三維深度攝像機(jī)1、上位機(jī)3、下位機(jī)4、通信裝置2以及移動(dòng)裝置，所述移動(dòng)裝置在地面上移動(dòng)；
[0037]所述三維深度攝像機(jī)I安裝于移動(dòng)裝置上，用于獲取移動(dòng)裝置前方的深度圖像，所述深度圖像包括地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)；并將所述深度圖像通過通信裝置2發(fā)送給上位機(jī)3 ；
[0038]所述上位機(jī)3用于檢測到移動(dòng)裝置前方的深度圖像中地面存在障礙物時(shí)，計(jì)算當(dāng)前位置與障礙物的角度和距離，并根據(jù)計(jì)算出的角度和距離改變移動(dòng)裝置的移動(dòng)路線，并向下位機(jī)4發(fā)送改變移動(dòng)裝置移動(dòng)路線的控制命令；檢測到移動(dòng)裝置前方部分或全部地面數(shù)據(jù)無法獲取時(shí)，判定無數(shù)據(jù)的地