專(zhuān)利名稱(chēng)：基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種家庭智能清理系統(tǒng)，尤其是家庭地面垃圾的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)清理， 以及地面掉落錢(qián)幣、鑰匙等的檢測(cè)與提醒。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，自動(dòng)化與智能化水平越來(lái)越高；同時(shí)隨著生活壓力的增大，在家的時(shí)間迅速縮減，家庭家務(wù)成了一種負(fù)擔(dān)；人們希望有一種智能系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的代替人來(lái)打掃房間，清理地面，一旦地面有廢紙或其他垃圾，系統(tǒng)可自動(dòng)立即前進(jìn)清理。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN200977121，申請(qǐng)公布日2007年11月21日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱(chēng)是一種智能吸塵器裝置，該發(fā)明公開(kāi)了一種新的吸塵器裝置，其不足之處是，該發(fā)明在按鈕按下后，只是根據(jù)吸塵器與環(huán)境的關(guān)系得到最優(yōu)路徑，但是并不是自動(dòng)前去清理，仍是人在控制，裝置的智能化和及時(shí)性不足。根據(jù)上述要求，需要一種新的家庭智能清理系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能和實(shí)時(shí)清理。本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)，根據(jù)視頻處理和圖像檢測(cè)算法，采用攝像頭攝取圖像并處理檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制電動(dòng)機(jī)工作，真正實(shí)現(xiàn)智能化處理和實(shí)時(shí)的清潔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計(jì)一種智能化的家庭清理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家庭地面的實(shí)時(shí)清理。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)的保持地面的干凈，噪聲小，耗電低，滿(mǎn)足人們對(duì)智能、安全、健康的要求。根據(jù)技術(shù)要求，系統(tǒng)包括DSP中央處理器平臺(tái)，紅外攝像頭，無(wú)線雷達(dá)，紅外通信模塊，報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)輪，小型吸塵器和垃圾箱；紅外攝像頭來(lái)回?cái)[動(dòng)，攝取地面圖像信息；DSP中央處理器對(duì)攝像頭采集到的圖像進(jìn)行處理判斷，檢測(cè)是否有異物，如果有異物，判斷是何種異物；無(wú)線雷達(dá)對(duì)異物位置判定，確定距離和方位；發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)底部車(chē)輪向異物位置前進(jìn)；當(dāng)?shù)竭_(dá)所在位置時(shí)，根據(jù)DSP平臺(tái)判定的結(jié)果，如果是垃圾，小型吸塵器開(kāi)啟清理，如果是錢(qián)幣、鑰匙、筆等物，報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟，提醒撿拾；當(dāng)垃圾箱快滿(mǎn)時(shí)，報(bào)警開(kāi)啟， 提醒清理垃圾箱；家庭人員也可以通過(guò)紅外遙控器控制本系統(tǒng)工作?；跈C(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，將對(duì)地面實(shí)時(shí)掃描，由于房間內(nèi)家具和墻的遮擋，會(huì)導(dǎo)致某些位置亮度很低，而在晚上，燈光死角可能會(huì)一片黑暗，因此系統(tǒng)采用紅外攝像頭攝取地面圖像，光線對(duì)系統(tǒng)工作影響會(huì)變?nèi)酰鰪?qiáng)了系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的抵抗能力。視頻圖像采集后傳入以DSP芯片為核心的嵌入式處理平臺(tái)，經(jīng)過(guò)視頻圖像解碼， 圖像預(yù)處理，光照補(bǔ)償，圖像濾波，閾值分割，特征提取等，完成圖像異物檢測(cè)，而后將檢測(cè)到的異物的特征與系統(tǒng)存儲(chǔ)的特征對(duì)比，判斷異物的種類(lèi)。異物檢測(cè)到后，系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線雷達(dá)判斷異物所在的距離和方位，同時(shí)電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟， 系統(tǒng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)異物所在的位置。根據(jù)DSP處理器的判斷，如果異物是需要清理的垃圾，吸塵器開(kāi)啟，清理垃圾。如果異物是錢(qián)幣、鑰匙等家庭成員可能不小心掉落的東西，系統(tǒng)報(bào)警開(kāi)啟，提醒家庭成員撿拾。當(dāng)垃圾箱快滿(mǎn)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警開(kāi)啟，提醒及時(shí)清理。由于機(jī)器視覺(jué)和圖像處理檢測(cè)存在一定的誤差，對(duì)某些垃圾無(wú)法識(shí)別；另一方面，對(duì)于如廢鑰匙、壞筆管一類(lèi)，系統(tǒng)認(rèn)定不能清理但人認(rèn)為沒(méi)用，此時(shí)就需要人來(lái)操作系統(tǒng)完成清理工作。系統(tǒng)包含紅外通信模塊，人可以通過(guò)紅外遙控器對(duì)系統(tǒng)操作，完成前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、
清理工作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)檢測(cè)地面是否有異物，并可以自動(dòng)識(shí)別垃圾，自動(dòng)前去清理，也可以識(shí)別出掉落地面的錢(qián)幣和鑰匙等物，智能化程度高，安全可靠，是家庭和辦公室的生活助手，可以大大提高人們的日常生活水平。


附圖一是本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。附圖二是系統(tǒng)的軟件流程圖。附圖三是紅外通信模塊接收到命令后的操作。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)闡述。附圖一是本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，系統(tǒng)包括處理器平臺(tái)、紅外攝像頭、雷達(dá)、吸塵器、紅外通信模塊、電動(dòng)機(jī)、車(chē)輪等。DSP芯片是處理器核心，通過(guò)EBIU總線與SDRAM 和FLASH連接，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)；通過(guò)PPI接口與視頻解碼芯片連接，接收視頻圖像數(shù)據(jù)；紅外通信模塊與DSP芯片的PF接口連接，傳輸遙控器的命令。紅外攝像頭固定在旋轉(zhuǎn)柱上，可以左右旋轉(zhuǎn)掃描攝取圖像，后端與處理器平臺(tái)上的視頻解碼芯片連接。無(wú)線雷達(dá)置于攝像頭下方，同樣隨攝像頭擺動(dòng)，測(cè)量距離和具體方位。電動(dòng)機(jī)置于底部，與車(chē)輪連接，控制系統(tǒng)前進(jìn)的方向和速度。吸塵器吸口置于前端底部，與垃圾箱連接，負(fù)責(zé)清理工作。附圖二是除遠(yuǎn)程監(jiān)控功能外的系統(tǒng)整體軟件流程圖。系統(tǒng)采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，以硬件驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榛A(chǔ)編程。紅外攝像頭攝取到圖像后，經(jīng)過(guò)圖像濾波、光線補(bǔ)償、灰度處理、二值化處理、閾值分割、特征提取等操作后，根據(jù)異物與周?chē)h(huán)境的拓?fù)潢P(guān)系和異物本身的特征進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。如果是異物，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，控制車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)到異物處。如果是垃圾，則吸塵器開(kāi)啟，清理異物。如果是錢(qián)幣、鑰匙等物，則系統(tǒng)報(bào)警，提醒撿拾。如果紅外通信部分接收到數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)停止檢測(cè)，根據(jù)命令，完成前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、清理、停止對(duì)應(yīng)的操作。整個(gè)系統(tǒng)核心部分是視頻處理，異物檢測(cè)與識(shí)別部分，其工作流程為(1)攝像頭獲取原始圖像后，對(duì)圖像進(jìn)行平滑、增強(qiáng)等預(yù)處理。(2)利用相對(duì)熵閾值的圖像分割技術(shù)獲取最佳的全局閾值，以利于后續(xù)的特征提取和識(shí)別。(3)對(duì)分割后得到的圖像進(jìn)行濾波處理，去除可能含有的孤立點(diǎn)噪聲。(4)采用機(jī)器視覺(jué)不變性法，針對(duì)處理后的圖像，提取灰度、紋理、顏色、結(jié)構(gòu)特征等圖像特征值作為原始特征，與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的異物包含的特征值對(duì)比，判斷是否是異物， 若是，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。(5)將檢測(cè)到的異物與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的各種異物的特征對(duì)比，判斷是何種異物，如果是垃圾，則開(kāi)啟吸塵器；如果是錢(qián)幣、鑰匙、筆、磁卡時(shí)，開(kāi)啟報(bào)警提示。
權(quán)利要求
1.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括DSP中央處理器平臺(tái)，紅外攝像頭，無(wú)線雷達(dá)，紅外通信模塊，報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)輪，小型吸塵器和垃圾箱；紅外攝像頭來(lái)回?cái)[動(dòng)，攝取地面圖像信息；DSP中央處理器對(duì)攝像頭采集到的圖像進(jìn)行處理判斷， 檢測(cè)是否有異物，如果有異物，判斷是何種異物；無(wú)線雷達(dá)對(duì)異物位置判定，確定距離和方位；發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)底部車(chē)輪向異物位置前進(jìn)；當(dāng)?shù)竭_(dá)所在位置時(shí)，根據(jù)DSP平臺(tái)判定的結(jié)果， 如果是垃圾，小型吸塵器開(kāi)啟清理，如果是錢(qián)幣、鑰匙、筆等物，報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟，提醒撿拾；當(dāng)垃圾箱快滿(mǎn)時(shí)，報(bào)警開(kāi)啟，提醒清理垃圾箱；家庭人員也可以通過(guò)紅外遙控器控制本系統(tǒng)工作；整個(gè)系統(tǒng)高35cm，長(zhǎng)52cm，寬40cm。
2.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的異物檢測(cè)及判斷，是對(duì)紅外攝像頭攝取的圖像處理，并提取特征，判斷是否有異物存在；如果存在異物，進(jìn)行特征對(duì)比判斷是錢(qián)幣等異物還是所要清理的垃圾。
3.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的無(wú)線雷達(dá)，是通過(guò)無(wú)線雷達(dá)判斷異物所在的距離和方位。
4.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，是當(dāng)檢測(cè)到有異物存在時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟，制動(dòng)車(chē)輪向異物位置前進(jìn)。
5.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的報(bào)警提醒，是當(dāng)檢測(cè)到的異物是錢(qián)幣、鑰匙、筆、磁卡時(shí)，報(bào)警開(kāi)啟，提醒撿拾；當(dāng)垃圾箱快滿(mǎn)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提醒清理。
6.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的吸塵器清理，是當(dāng)檢測(cè)到的異物是線頭、廢紙、果皮、木屑、塑料、鐵頭等垃圾時(shí)，吸塵器開(kāi)啟清理。
7.基于機(jī)器視覺(jué)的家庭智能清理系統(tǒng)，其特征在于所述的紅外遙控，是家庭人員可以通過(guò)遙控器控制系統(tǒng)工作，包括前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、開(kāi)啟吸塵器的操作。
全文摘要
本發(fā)明是一種家庭使用的可以自動(dòng)識(shí)別地面垃圾并智能清理的家庭清理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以DSP芯片為核心搭建嵌入式平臺(tái)，采用紅外攝像頭攝取地面圖像，采用無(wú)線雷達(dá)定位所要清理的垃圾的位置，采用小型吸塵器清潔地面，底部包括電動(dòng)機(jī)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，前進(jìn)到垃圾位置清理。本系統(tǒng)可以自動(dòng)的清理地面廢紙，果皮，塑料，線頭，鐵屑等垃圾，并可自動(dòng)識(shí)別鑰匙，錢(qián)幣，筆等可能誤落在地面的東西，系統(tǒng)清理面積大，工作及時(shí)，可一直保持家庭地面的干凈，同時(shí)工作噪聲小，節(jié)能，穩(wěn)定可靠，是家庭和辦公室的清理助手，可以極大的方便人們的生活。
文檔編號(hào)G06K9/62GK102283616SQ20101051545
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者于瑞, 趙文倉(cāng) 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)