障礙物檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及障礙物檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及用于檢測(cè)障礙物的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對(duì)外界環(huán)境信息的獲取很大一部分來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng)，視覺(jué)缺失和視力殘疾給盲人和視障患者在生活上帶來(lái)極大的困難，尤其是對(duì)安全行走極具挑戰(zhàn)性。為了幫助盲人行走，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研宄者利用超聲波、紅外、攝像頭等傳感器研發(fā)了多種盲人輔助行走系統(tǒng)，其中障礙物檢測(cè)是核心技術(shù)。超聲波、紅外等只能檢測(cè)一定方向/高度上障礙物，而通過(guò)雙攝像頭采集圖像以獲取物體與攝像頭距離的方法計(jì)算復(fù)雜度高，資源消耗量大。理想的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該具有:實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、低成本、低功耗、便攜性等特點(diǎn)。但現(xiàn)有系統(tǒng)在功能和性能上還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到滿足盲人安全行走過(guò)程中的障礙物檢測(cè)實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新的障礙物檢測(cè)裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一方面，本發(fā)明提供了一種障礙物檢測(cè)裝置，包括:
[0006]一個(gè)或多個(gè)圖樣發(fā)生器，用于將圖樣投影到地面；
[0007]圖像傳感器，用于采集關(guān)于地面狀況的圖像，所采集的圖像中包含投影到地面的圖樣；
[0008]障礙物檢測(cè)部件，用于根據(jù)采集的圖像中圖樣的變化來(lái)檢測(cè)地面是否存在障礙物。
[0009]上述裝置中，所述一個(gè)或多個(gè)圖樣發(fā)生器中的每一個(gè)各自對(duì)應(yīng)不同的顏色。
[0010]上述裝置中，所述障礙物檢測(cè)部件可以從所采集的圖像中選擇其對(duì)應(yīng)的顏色與當(dāng)前地面顏色反差最大的圖樣來(lái)檢測(cè)障礙物。
[0011]上述裝置中，所述障礙物檢測(cè)部件可分別基于所采集的圖像中每個(gè)顏色的圖樣檢測(cè)是否存在障礙物，如果其中一個(gè)檢測(cè)結(jié)果為存在障礙物，則判定當(dāng)前地面存在障礙物。
[0012]上述裝置中，所述圖樣可以為格柵圖案。
[0013]上述裝置中，所述圖樣發(fā)生器包括點(diǎn)光源和帶有圖樣的鏡頭或透明薄片/膜。
[0014]又一方面，本發(fā)明提供了一種障礙物檢測(cè)方法，包括:
[0015]步驟I，將圖樣投影到地面；
[0016]步驟2，采集關(guān)于地面狀況的圖像，所采集的圖像中包含投影到地面的圖樣；
[0017]步驟3，根據(jù)采集的圖像中圖樣的變化來(lái)檢測(cè)地面是否存在障礙物。
[0018]上述方法中，所述步驟I包括將不同顏色的圖樣投射到地面。
[0019]上述方法中，所述步驟3可包括從采集的圖像中選擇其顏色與當(dāng)前地面顏色反差最大的圖樣來(lái)檢測(cè)障礙物。
[0020]上述方法中，所述步驟3可包括分別基于采集的圖像中每個(gè)顏色的圖樣檢測(cè)是否存在障礙物，如果其中一個(gè)檢測(cè)結(jié)果為存在障礙物，則判定當(dāng)前地面存在障礙物。
[0021]上述方法中，所述圖樣可以為格柵圖案。所述步驟3可包括:
[0022]從當(dāng)前采集的圖像中識(shí)別所包含的格柵信息，所述格柵信息包括與格柵圖案中線條和/或交叉點(diǎn)相關(guān)的信息；
[0023]判斷當(dāng)前采集的圖像中的格柵信息與上次采集的圖像中的格柵信息或參考格柵信息相比，是否發(fā)生了變化；如果發(fā)生變化，則確定地面上存在障礙物。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]根據(jù)投影到地面的圖樣的變化來(lái)檢測(cè)障礙物，極大地簡(jiǎn)化了分析處理的復(fù)雜度，降低了成本，改善了障礙物的檢測(cè)魯棒性，提高了檢測(cè)速度和精度，滿足了盲人避障的實(shí)時(shí)性需求。
【附圖說(shuō)明】
[0026]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的障礙物檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的障礙物檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的障礙物檢測(cè)方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]圖1給出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的障礙物檢測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。該障礙物檢測(cè)裝置100包括圖樣發(fā)生器101、圖像傳感器102和障礙物檢測(cè)部件103。圖樣發(fā)生器101用于將圖樣投影到行進(jìn)前方的地面；圖像傳感器102用于采集關(guān)于行進(jìn)前方的地面狀況的圖像，所采集的圖像中包含被投影到地面的圖樣；障礙物檢測(cè)部件103用于根據(jù)采集的圖像中圖樣的變化來(lái)檢測(cè)在行進(jìn)前方的地面是否存在障礙物。
[0032]參考圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，圖樣發(fā)生器101包括點(diǎn)光源和帶有圖樣的鏡頭或透明薄片/膜。通過(guò)點(diǎn)光源照射帶有圖樣的鏡頭或透明薄片/膜，可將圖樣投射到盲人行進(jìn)的前方路面，從而在路面上呈現(xiàn)被投影的圖樣。在一個(gè)實(shí)施例中，圖樣可以是格柵圖案。格柵圖案例如可以是由在水平和垂直方向上平行且等距的線條交叉形成正方形格柵。在又一個(gè)示例中，格柵圖案可以是在其他互相垂直的兩個(gè)方向上平行且等距的線條交叉形成的正方形格柵。在又一個(gè)示例中，格柵圖案是由在互相垂直的兩個(gè)方向上平行的線條交叉形成的格柵。在其他實(shí)施例中，圖樣可以是任何便于從圖像中識(shí)別的規(guī)則或不規(guī)則圖案構(gòu)成的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，可采用市場(chǎng)上常見(jiàn)的激光筆或激光手電(例如SDLaSer303)作為圖樣發(fā)生器中的點(diǎn)光源，并在前端安裝一片帶有諸如格柵圖案之類的圖樣的鏡頭或透明薄片。為了適合在陽(yáng)光下使用，激光筆或激光手電的功率可以設(shè)置在100mw以上。應(yīng)理解，以上僅是舉例說(shuō)明，在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)于圖樣發(fā)生器的具體構(gòu)成部件不進(jìn)行任何限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以通過(guò)其他可替代部件來(lái)將例如格柵之類的圖樣投影到地面。
[0033]圖像傳感器102用于采集關(guān)于行進(jìn)前方地面狀況的圖像信息，這些信息中包含了通過(guò)圖樣發(fā)生器投射到地面的圖樣?？刹捎檬袌?chǎng)上常見(jiàn)的攝像頭作為圖像傳感器，例如，谷客H15高清攝像頭，其像素為500萬(wàn)，每秒采集30幀且具有USB2.0接口。在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)于圖像傳感器的型號(hào)和性能等不進(jìn)行限制。
[0034]繼續(xù)參考圖1，障礙物檢測(cè)部件103用于通過(guò)分析圖像傳感器102所采集圖像，判斷其中包含的圖樣是否發(fā)生了變化來(lái)檢測(cè)在行進(jìn)前方的地面是否存在障礙物，并將檢測(cè)結(jié)果反饋給使用者。為方便描述，下文將以格柵為例來(lái)說(shuō)明如何根據(jù)采集的圖像中圖樣的變化來(lái)檢測(cè)在行進(jìn)前方的地面是否存在障礙物。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，以格柵作為所采用的圖樣僅是舉例說(shuō)明的目的，而非進(jìn)行限制，在其他實(shí)施例中也可以使用任何便于從圖像中識(shí)別的圖案以及偏于判定其形狀變化的圖案作為圖樣并將其投影到地面。其中，可以將在地面平整的正常情況下所采集的圖像中的格柵圖案設(shè)置為參考圖案，或者也可以不斷地將未遇到障礙物時(shí)最新采集的圖像中的格柵圖案設(shè)置為參考圖案。當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)不平整時(shí)，相比參考圖案，投影到地面上的格柵的線條就會(huì)發(fā)生變形，而且變形越大則代表地面越不平整。根據(jù)投影原理，離發(fā)射點(diǎn)越遠(yuǎn)，圖像就越大，反之就越小。例如，與參考圖案相比，當(dāng)兩條平行的格柵線條投射到地面上時(shí)，如果檢測(cè)到這兩條格柵線條之間的間距變窄了，則說(shuō)明地面凸起，反之代表凹陷。又例如，相比參考圖案，如果檢測(cè)到投影到地面的格柵中某個(gè)區(qū)域的格子的面積均變大，則說(shuō)明這部分區(qū)域的地面上有凹陷，反之，如果檢測(cè)到某個(gè)區(qū)域的格子的面積均變小，則說(shuō)明這部分區(qū)域的地面上有凸起。又例如，相比參考圖案，如果檢測(cè)到投影到地面的格柵中各個(gè)線條的斜率發(fā)生變化，變化越大說(shuō)明存在障礙物的可能性越大。又例如，相比參考圖案，如果檢測(cè)到投影到地面的格柵中各個(gè)角點(diǎn)(即格柵線條的交叉點(diǎn))的在圖中的位置發(fā)生變化，變化越大說(shuō)明存在障礙物的可能性越大。
[0035]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，考慮到陽(yáng)光以及地面顏色等不同情況，為改善圖樣顏色與地面的反差，可以采用多個(gè)不同顏色的圖樣發(fā)生器。如圖2所示，可以采用兩個(gè)顏色的格柵發(fā)生器，例如，其包含2支SDLaser303激光手電，其中I支是綠色的，另外I支是紅色的，它們的功率為10000MW，并可以分別采用帶有相同或不同的格柵圖案的鏡頭。通過(guò)這兩個(gè)格柵發(fā)生器同時(shí)向行進(jìn)前方的地面投射紅色和藍(lán)色的格柵。障礙物檢測(cè)部件從所采集的路面圖像中選擇其對(duì)應(yīng)的顏色與當(dāng)前地面顏色反差最大的格柵來(lái)檢測(cè)障礙物。在又一個(gè)實(shí)施例中，障礙物檢測(cè)部件可以同時(shí)使用多種顏色的格柵來(lái)檢測(cè)障礙物。例如，障礙物檢測(cè)部件分別基于所采集的路面圖像中各個(gè)顏色的格柵檢測(cè)是否存在障礙物，如果其中一個(gè)檢測(cè)結(jié)果為存在障礙物，則判定行進(jìn)前方地面存在障礙物。這樣可以防止由于環(huán)境光線以及路面顏色導(dǎo)致格柵識(shí)別不清楚的情況，可提高障礙物檢測(cè)的魯棒性和準(zhǔn)確性。
[0036]應(yīng)理解，障礙物檢測(cè)部件可以軟件的形式運(yùn)行在諸如手機(jī)、平板電腦等便攜的終端設(shè)備上。也可以以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)的硬件形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，障礙物檢測(cè)部件可作為產(chǎn)品或在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)可讀程序而被提供。此處使用的術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)品”包括從計(jì)算機(jī)可讀的裝置、固件、可編程邏輯、存儲(chǔ)器裝置、集成電路芯片、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等、電子裝置、計(jì)算機(jī)可讀的非易失存儲(chǔ)單元(例如，CD-ROM、軟盤(pán)、硬盤(pán)等)可訪問(wèn)的或嵌入其中的代碼或硬件邏輯。