基于图像识别的定位装置及其定位方法
【专利摘要】本发明公开一种基于图像识别的定位装置及其定位方法，该装置包括固定设置在所述充电站上的立体状标识物；设置在移动设备上，用于采集所述标识物的图像信息的图像采集模块；用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息之间的对应关系的图像与位置对应模块；用于判定充电站相对于移动设备位置信息的位置判定模块。本发明中的标识物为立体状，使得图像采集模块可以360度全方位采集标识物的图像信息，从而更加准确的定位。本发明基于图像识别定位装置的定位方法，可从前、后、左、右等多方位、高准确度地对充电站相对移动设备的位置进行定位。
【专利说明】
基于图像识别的定位装置及其定位方法
技术领域
[0001]本发明涉及移动设备对固定设备进行定位的技术领域，尤其涉及一种基于图像识别的定位装置及其定位方法。
【背景技术】
[0002]智能割草机因具有自主的完成修剪草坪的工作，无须人为直接控制和操作，且功率低、噪音小、外形精巧美观，大幅度降低人工操作等优点，而被广泛使用。智能割草机具有自动行走功能，能够自动返回充电，并进行安全检测和电池电量检测，具备一定爬坡能力，尤其是一种适合家庭庭院、公共绿地等场所进行草坪修剪维护。
[0003]然而在智能割草机自动返回充电时，需要对充电站进行定位，并移向充电站进行自动充电。目前智能割草机对充电站的定位方案为，在充电站上的某些位置布置彩色条形标记，分析由自动割草机的机载摄像头捕获的图像中是否含有匹配的彩色条形，若有，说明充电站进入视野范围内，则计算此时割草机和充电站的相对位置信息，并进行运动控制引导割草机进站；若无，说明在可视范围内未发现充电站，割草机继续按原有模式行进。
[0004]目前的解决方案存在一定的缺陷，例如当自动移动设备的摄像头视线与标记平面垂直时，对标记的识别最有利。当视线偏离标记平面的垂线越远时，对标记的识别能力越弱。当自动移动设备位于此标记平面的左、右、后方时，无法有效识别标记。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对上述移动设备无法对充电站进行更准确定位的问题，提供一种基于图像识别的定位装置及其定位方法。
[0006]本发明所述的基于图像识别的定位装置，用于对充电站的定位，包括:
[0007]标识物，所述标识物为立体状固定设置在所述充电站上；
[0008]图像采集模块，所述图像采集模块设置在移动设备上，用于采集所述标识物的图像信息；
[0009]图像与位置对应模块，所述图像与位置对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息之间的对应关系；
[0010]位置判定模块，所述位置判定模块用于将所述图像采集模块采集到的标识物的图像信息，与所述图像与位置对应模块中设置的所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的位置信息。
[0011]在其中一个实施例中，所述图像与位置对应模块包括距离对应模块和方位对应模块；
[0012]所述距离对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系；
[0013]所述方位对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系。
[0014]在其中一个实施例中，所述位置判定模块包括距离判定模块和方位判定模块；
[0015]所述距离判定模块用于将所述图像采集模块采集到的所述标识物的图像信息，与所述距离对应模块中所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的距离信息；
[0016]所述方位判定模块用于将所述图像采集模块采集到的所述标识物的图像信息，与所述方位对应模块中所述图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的方位信息。
[0017]在其中一个实施例中，所述标识物为圆柱体，在所述标识物的外表面上设置图像识别区域和图像内容区域；
[0018]所述图像识别区域用于识别和定义所述图像内容区域；
[0019]所述图像内容区域包括与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。
[0020]在其中一个实施例中，所述图像内容区域包括不同的字符或不同的色彩组合，与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息进行对应。
[0021]—种基于图像识别定位装置的定位方法，包括如下步骤:
[0022]预设充电站上的标识物图像信息与所述充电站相对于移动设备的位置信息之间的对应关系；
[0023]所述移动设备采集设置在充电站上的标识物的图像信息；
[0024]将所述移动设备采集到的标识物图像信息，与所述预设的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的位置信息。
[0025]在其中一个实施例中，所述预设的对应关系，包括预设所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系，及预设所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系。
[0026]在其中一个实施例中，在所述将采集到的标识物图像信息与所述预设的对应关系进行比较时，包括将采集到的标识物图像信息与所述标识物图像信息和所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的距离信息；
[0027]及将采集到的标识物图像信息与所述标识物图像信息和所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的方位信息。
[0028]在其中一个实施例中，所述标识物为圆柱体，在所述标识物的外表面上设置图像识别区域和图像内容区域；
[0029]所述图像识别区域用于识别和定义所述图像内容区域；
[0030]所述图像内容区域包括与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。
[0031]在其中一个实施例中，所述图像内容区域包括不同的字符或不同的色彩组合，与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息进行对应。
[0032]上述基于图像识别的定位装置，通过图像采集模块采集设置在充电站上的标识物图像信息，并通过位置判断模块，与预先设置在图像与位置对应模块中的标识物图像信息和充电站相对移动设备的位置关系进行比较，从而判定出充电站相对移动设备的位置信息。本发明中的标识物为立体状，使得图像采集模块可以360度全方位采集标识物的图像信息，从而更加准确的定位。本发明基于图像识别定位装置的定位方法，可从前、后、左、右等多方位、高准确度地对充电站相对移动设备的位置进行定位。
【附图说明】
[0033]图1为基于图像识别的定位装置的原理框图；
[0034]图2-1为本发明基于图像识别定位装置的标识物一实施例的结构示意图；
[0035]图2-2为本发明基于图像识别定位装置的标识物又一实施例的结构示意图；
[0036]图3-1为移动设备位于图2-1中所示标识物正前方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0037]图3-2为移动设备位于图2-1中所示标识物左前方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0038]图3-3为移动设备位于图2-1中所示标识物正左方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0039]图3-4为移动设备位于图2-1中所示标识物左后方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0040]图3-5为移动设备位于图2-1中所示标识物正后方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0041]图3-6为移动设备位于图2-1中所示标识物右后方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0042]图3-7为移动设备位于图2-1中所示标识物正右方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0043]图3-8为移动设备位于图2-1中所示标识物右前方时，图像采集装置采集到的图像不意图；
[0044]图4为基于图像识别定位装置的定位方法其中一实施例的流程图；
[0045]图5为基于图像识别定位装置的定位方法其中又一实施例的流程图；
[0046]图6为基于图像识别定位装置的定位方法其中又一实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0047]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0048]如图1所示，本发明的基于图像识别的定位装置100，用于对充电站的定位，包括:标识物110、图像采集模块120、图像与位置对应模块130、位置判定模块140。其中，标识物110为立体状固定设置在充电站上。图像采集模块120设置在移动设备上，用于采集标识物110的图像信息。图像与位置对应模块130用于设置标识物110的图像信息与充电站相对于移动设备的位置信息之间的对应关系。位置判定模块140用于将图像采集模块120采集到的标识物110的图像信息，与图像与位置对应模块130中设置的标识物110图像信息与充电站相对于移动设备的位置信息的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的位置信息。
[0049]在该实施例中，标识物110设置在充电站上的位置必须满足，图像采集模块120能够360度全方位的采集到标识物110的图像信息，并且标识物110尽量与图像采集模块120处于差不多的高度，以确保图像采集模块120采集到的标识物110信息的准确度，在实践中将标识物110固定设置在充电站的充电柱上方。图像采集模块120设置在移动设备上，可通过摄像装置121实现，例如摄像头。
[0050]如图1所示，在其中一个实施例中，图像与位置对应模块130包括方位对应模块132和距离对应模块131。距离对应模块131用于设置标识物110的图像信息与充电站相对于移动设备的距离信息之间的对应关系。方位对应模块132用于设置标识物110的图像信息与充电站相对于移动设备的方位信息之间的对应关系。
[0051]在该实施例中，根据不同角度采集到标识物110不同的图像信息，是这些不同的图像信息与充电站相对移动设备的距离及方位信息得以确定，从而实现移动设备对充电站的准确定位。具体地，以图2-1中的标识物110为例，如图3-1至3-8所示，为移动设备上图像采集模块120采集到的图2-1中标识物110的图像信息示意图，通过不同从不同方位采集到的标识物110的图像中包含蓝色、黄色的比例关系，与充电站相对移动设备的方位信息进行对应。通过相对充电站不同距离位置采集到的标识物110图像中蓝色、黄色区域的尺寸大小，与充电站相对移动设备的距离信息进行对应。对于本领域的普通技术人员来说，可利用现有技术，通过实验，得到图像中蓝、黄色比例关系与充电站相对移动设备的方位信息的对应关系。同理，通过实验，可以获取各种颜色模式的尺寸与相对距离的对应关系。
[0052]如图1所示，在其中一个实施例中，位置判定模块140包括距离判定模块141和方位判定模块142。距离判定模块141用于将图像采集模块120采集到的标识物110的图像信息，与距离对应模块131中标识物110的图像信息与充电站相对于移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的距离信息。方位判定模块142用于将图像采集模块120采集到的标识物110的图像信息，与方位对应模块132中图像信息与充电站相对于移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的方位信息。
[0053]在该实施例中，如图3-1至3-8所示，分别为图像采集模块120在充电站的正前方、左前方、正左方、左后方、正后方、右后方、正右方、右前方时，采集到的标识物110的图像信息。将这些图像信息进行分析，求出颜色比例关系，并与位置判定模块140中的充电站相对移动设备的方位对应关系进行比较，就可以定位出自动移动设备与充电站的相对方向。同时，将这些图像信息进行分析，求出颜色模式尺寸大小，并与位置判定模块140中的充电站相对移动设备的距离对应关系进行比较，就可以定位出充电站相对移动设备的距离?目息O
[0054]如图2-1、2-2所示，在其中一个实施例中，标识物110为圆柱体，在标识物110的外表面上设置图像识别区域111和图像内容区域112。图像识别区域111用于识别和定义图像内容区域112，只有当图像采集模块采集到图像识别区域111时，才可以进一步对采集的图像内容区域112的内容进行采集和分析。图像内容区域112包括与充电站相对于移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。图像内容区域112包括不同的字符或不同的色彩组合，与充电站相对于移动设备的位置信息进行对应。
[0055]如图2-1所示，在该实施例中，标识物110为圆柱体，圆柱体的上、下两部分红色区域为图像识别区域111，蓝色区域和黄色区域围绕圆柱体设置，并且沿圆柱体轴切方向各占圆柱体环绕表面的一半。优选地，当标识物110设置在充电站上时，将图3-1中标识物110的图像设置为相对移动设备的正前方。需要指出的是，标识物110上图像识别区域111的位置和颜色设计都不局限于图2-1所示的情况，可在满足识别功能的情况下进行各种选择。
[0056]如图2-2所示，在该实施例中，标识物110为圆柱体，圆柱体的上、下两部分为图像识别区域111，可以涂上各种颜色或者识别符号等，用于识别图像内容区域112的内容信息。图像内容区域112的内容为字符“L”和“R”。需要指出的是，标识物110上图像内容区域112的位置和内容信息都不局限于图2-1、图2-2所示的情况，可在满足能够区分充电站相对移动设备不同位置的条件下，做出各种选择性设计。
[0057]如图4所示，为本发明基于图像识别定位装置的定位方法流程图，该定位方法包括如下步骤:
[0058]S210预设充电站上的标识物图像信息与充电站相对于移动设备的位置信息之间的对应关系。
[0059]如图5所示，该步骤还包括:S211预设标识物图像信息与充电站相对于移动设备的距离信息之间的对应关系。S212预设标识物图像信息与充电站相对于移动设备的方位信息之间的对应关系。具体地，结合图2-1及图3-1至3-8，针对图2-1中所示的标识物110，通过不同从不同方位采集到的标识物110的图像中包含蓝色、黄色的比例关系，与充电站相对移动设备的方位信息进行对应。通过相对充电站不同距离位置采集到的标识物110图像中蓝色、黄色区域的尺寸大小，与充电站相对移动设备的距离信息进行对应。
[0060]S220移动设备采集设置在充电站上的标识物的图像信息。
[0061]S230将移动设备采集到的标识物图像信息，与预设的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的位置信息。
[0062]如图6所示，该步骤还包括:S231将采集到的标识物图像信息与标识物图像信息和充电站相对于移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的距离信息。S232将采集到的标识物图像信息与标识物图像信息和充电站相对于移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出充电站相对于移动设备的方位信息。
[0063]在该实施例中，如图3-1至3-8所示，分别为在充电站的正前方、左前方、正左方、左后方、正后方、右后方、正右方、右前方时，采集到的标识物的图像信息。将这些图像信息进行分析，求出颜色比例关系，并与位置判定模块中的充电站相对移动设备的方位对应关系进行比较，就可以定位出自动移动设备与充电站的相对方向。同时，将这些图像信息进行分析，求出颜色模式尺寸大小，并与位置判定模块中的充电站相对移动设备的距离对应关系进行比较，就可以定位出充电站相对移动设备的距离信息。
[0064]如图2-1、2-2所示，在其中一个实施例中，标识物110为圆柱体，在标识物110的外表面上设置图像识别区域111和图像内容区域112。图像识别区域111用于识别和定义图像内容区域112，只有当图像采集模块120采集到图像识别区域111时，才可以进一步对采集的图像内容区域112的内容进行采集和分析。图像内容区域112包括与充电站相对于移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。图像内容区域112包括不同的字符或不同的色彩组合，与充电站相对于移动设备的位置信息进行对应。
[0065]如图2-1所示，在该实施例中，标识物110为圆柱体，圆柱体的上、下两部分红色区域为图像识别区域111，蓝色区域和黄色区域围绕圆柱体设置，并且沿圆柱体轴切方向各占圆柱体环绕表面的一半。优选地，当标识物110设置在充电站上时，将图3-1中标识物110的图像设置为相对移动设备的正前方。需要指出的是，标识物110上图像识别区域111的位置和颜色设计都不局限于图2-1所示的情况，可在满足识别功能的情况下进行各种选择。
[0066]如图2-2所示，在该实施例中，标识物110为圆柱体，圆柱体的上、下两部分为图像识别区域111，可以涂上各种颜色或者识别符号等，用于识别图像内容区域112的内容信息。图像内容区域112的内容为字符“L”和“R”。需要指出的是，标识物110上图像内容区域112的位置和内容信息都不局限于图2-1、图2-2所示的情况，可在满足能够区分充电站相对移动设备不同位置的条件下，做出各种选择性设计。
[0067]上述基于图像识别的定位装置100，通过图像采集模块120采集设置在充电站上的标识物110图像信息，并通过位置判断模块，与预先设置在图像与位置对应模块130中的标识物110图像信息和充电站相对移动设备的位置关系进行比较，从而判定出充电站相对移动设备的位置信息。本发明中的标识物110为立体状，使得图像采集模块120可以360度全方位采集标识物110的图像信息，从而更加准确的定位。本发明基于图像识别定位装置的定位方法，可从前、后、左、右等多方位、高准确度地对充电站相对移动设备的位置进行定位。
[0068]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于图像识别的定位装置，用于对充电站的定位，其特征在于，包括: 标识物，所述标识物为立体状，并固定设置在所述充电站上； 图像采集模块，所述图像采集模块设置在移动设备上，用于采集所述标识物的图像信息; 图像与位置对应模块，所述图像与位置对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息之间的对应关系； 位置判定模块，所述位置判定模块用于将所述图像采集模块采集到的标识物的图像信息，与所述图像与位置对应模块中设置的所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的位置信息。2.根据权利要求1所述的基于图像识别的定位装置，其特征在于，所述图像与位置对应模块包括距离对应模块和方位对应模块； 所述距离对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系； 所述方位对应模块用于设置所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系。3.根据权利要求2所述的基于图像识别的定位装置，其特征在于，所述位置判定模块包括距离判定模块和方位判定模块； 所述距离判定模块用于将所述图像采集模块采集到的所述标识物的图像信息，与所述距离对应模块中所述标识物的图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的距离信息； 所述方位判定模块用于将所述图像采集模块采集到的所述标识物的图像信息，与所述方位对应模块中所述图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的方位信息。4.根据权利要求1所述的基于图像识别的定位装置，其特征在于，所述标识物为圆柱体，在所述标识物的外表面上设置图像识别区域和图像内容区域； 所述图像识别区域用于识别和定义所述图像内容区域； 所述图像内容区域包括与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。5.根据权利要求4所述的基于图像识别的定位装置，其特征在于，所述图像内容区域包括不同的字符或不同的色彩组合，与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息进行对应。6.一种基于图像识别定位装置的定位方法，其特征在于，包括如下步骤: 预存采集到的充电站上标识物图像信息与所述充电站相对于移动设备的位置信息之间的对应关系； 所述移动设备采集设置在充电站上的标识物的图像信息； 将所述移动设备采集到的标识物图像信息，与所述预设的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的位置信息。7.根据权利要求6所述基于图像识别定位装置的定位方法，其特征在于，所述预设的对应关系，包括预设所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系，及预设所述标识物图像信息与所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系。8.根据权利要求7所述基于图像识别的定位装置的定位方法，其特征在于，在所述将采集到的标识物图像信息与所述预设的对应关系进行比较时，包括将采集到的标识物图像信息与所述标识物图像信息和所述充电站相对于所述移动设备的距离信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的距离信息； 及将采集到的标识物图像信息与所述标识物图像信息和所述充电站相对于所述移动设备的方位信息之间的对应关系进行比较，判定出所述充电站相对于所述移动设备的方位?目息O9.根据权利要求6所述基于图像识别的定位装置的定位方法，其特征在于，所述标识物为圆柱体，在所述标识物的外表面上设置图像识别区域和图像内容区域； 所述图像识别区域用于识别和定义所述图像内容区域； 所述图像内容区域包括与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息具有对应关系的图像信息内容。10.根据权利要求9所述基于图像识别的定位装置的定位方法，其特征在于，所述图像内容区域包括不同的字符或不同的色彩组合，与所述充电站相对于所述移动设备的位置信息进行对应。
【文档编号】G06K9/00GK105825160SQ201510003318
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月5日
【发明人】孙根, 盛晓初
【申请人】苏州宝时得电动工具有限公司