一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115993829A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202310272896.8(22)申请日2023.03.21(71)申请人安徽大学地址230601安徽省合肥市经开区九龙路111号(72)发明人吴巧云周云许柯胡晓洁王宇柯余永泰(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252专利代理师张力(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)A61H3/06(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，包括：机器狗的鱼眼相机获取盲道的鱼眼图像，鱼眼图像校正模块进行鱼眼图像校正，得到正常镜头下的图像；对正常镜头下的图像依次进行灰度化、二值化及腐蚀处理后，提取图像中盲道的轮廓并确定图像中盲道中心点；计算盲道中心点与图像中心点构成的像素差向量，基于比例‑积分‑微分控制器的机器狗导盲运动控制模块根据所述像素差向量，实时发布机器狗沿着盲道运动的转向速度指令。本发明适用于机器狗持续沿盲道运动，可提高机器狗对盲道的感知能力，从而进一步提高机器狗导盲的安全性。CN115993829ACN115993829A权利要求书1/3页1.一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，包括：步骤1：机器狗的鱼眼相机获取盲道的鱼眼图像，鱼眼图像校正模块进行鱼眼图像校正，得到正常镜头下的图像；步骤2：对正常镜头下的图像依次进行灰度化、二值化及腐蚀处理后，提取图像中盲道的轮廓并确定图像中盲道中心点；步骤3：计算盲道中心点与图像中心点构成的像素差向量，基于比例‑积分‑微分控制器的机器狗导盲运动控制模块根据所述像素差向量，实时发布机器狗沿着盲道运动的转向速度指令。2.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，步骤1所述鱼眼图像校正模块根据如下像素映射关系式进行鱼眼图像校正：；；式中，为鱼眼图像上任一像素点位置；为像素点位置在正常图像坐标系下对应的像素坐标；为鱼眼镜头的焦距，为鱼眼镜头畸变系数。3.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，所述步骤2对正常镜头下的图像进行灰度化，包括：按照以下公式对图像三个分量进行加权平均得到灰度图像：；其中，为灰度化得到的灰度图像；分别为图像三个分量在的像素值。4.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，所述步骤2对灰度化得到的灰度图像进行二值化，包括：（1）利用确定灰度图像二值化的阈值；（2）基于阈值T将灰度图像分成背景和前景两部分,实现灰度图像的二值化。5.根据权利要求4所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，所述利用确定灰度图像二值化的阈值，包括：对于灰度图像I的每一个灰度级，假设其作为阈值时，计算属于前景的像素点数占整幅图像的比例记为，其平均灰度，属于背景的像素点数占整幅图像的比例为，其平均灰度为,图像的总平均灰度记为，类间方差记为，图像的大小为，图2CN115993829A权利要求书2/3页像中像素的灰度值小于阈值的像素个数记作，像素灰度大于阈值的像素个数记作，则有：（1）（2）（3）（4）（5）（6）将式（5）代入式（6）,得到等价公式:（7）找到使式（7）类间方差最大的灰度级，即为灰度图像二值化的阈值。6.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，步骤2所述腐蚀处理是指对二值化后的图像进行腐蚀处理，以过滤掉面积小于设定值的白色区域。7.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，所述步骤2对腐蚀处理后的图像，计算每个像素的梯度，梯度大于0位置即为盲道轮廓所在像素；在图像坐标系下，对轴进行等间隔划分，计算落在每个间隔中轮廓像素的中心像素点，即为盲道中心点。8.根据权利要求1所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，步骤3所述基于比例‑积分‑微分控制器的机器狗导盲运动控制模块根据所述像素差向量，得到机器狗离导盲中心的位置偏差量，结合时间间隔常量得到下一时刻机器狗的转向速度，并实时发布机器狗沿着盲道运动的转向速度指令。9.根据权利要求8所述的一种基于盲道识别的机器狗导盲运动控制方法，其特征在于，所述基于比例‑积分‑微分控制器的机器狗导盲运动控制模块根据所述像素差向量，得到机器狗离导盲中心的位置偏差量的公式为：3CN115993829A权利要求书3/3页；其中，为经所述控制器计算得到的机器狗离导盲中心的位置偏差量；为中间参数，是当前的时刻；为在图像坐标系下，像素最大的盲道中心点与图像中心点构成的像素差向量；