[发明专利]用于机器人平台的压缩红外方位测量系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人感知领域，具体涉及机器人对人体目标的动作发生的方位信息的感知。

背景技术

目标定位是人机交互中重要且富有挑战性的问题。方位测量以其轻量级、灵活的优点在目标定位与跟踪等领域中得到了广泛应用。对于人体运动目标方位测量而言，已有的基于激光，超声传感器的方位测量方法无法区分运动人体与障碍物，且所采用的主动式方位测量方法需要不间断的主动测量才能实现对目标的实时方位测量，因此存在能量的过度消耗。基于计算机视觉的方位测量需要利用计算复杂度高的算法从冗余的海量图像数据中提取方位信息，并且这些算法对光照、背景的变化极为敏感。移动机器人平台存在固有的资源限制，因此有必要探索新的适用于移动机器人平台的被动式轻量级人体运动目标方位测量系统。

发明内容

本发明提供了一种节省能量、结构简单、成本低廉、适用范围广、能区分人体运动目标与一般障碍物的用于机器人平台的压缩红外方位测量系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种用于机器人平台的压缩红外方位测量系统，包括测量人体运动目标的检测元件和方位测量对照表，所述检测元件为结合菲涅耳透镜的热释电红外传感器，检测元件经过掩膜处理后对人体运动目标测量，所述方位测量对照表记录有检测元件输出的电平值与目标方位角测量值的一一对应关系，可以将检测元件输出的电平值转化为目标的方位角。

其中所述检测元件输出的电平值为高电平和低电平两种，检测到人体运动目标则输出高电平，未检测到人体运动目标则输出低电平。

所述检测元件有多个。

所述多个检测元件经掩膜调制，将机器人视场分为可见部分和不可见部分。

所述人体运动目标根据掩膜设计的不同可以为一个或多个，但目标数小于或等于检测元件的数目。

同时，本发明还提供一种用于机器人平台的压缩红外方位测量系统的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、根据方位测量要求，确定结合菲涅耳透镜的热释电红外传感器，即检测元件的数量；

步骤2、根据待检测人体运动目标的数目设计掩膜，将机器人视场分为可见部分和不可见部分；

步骤3、设计方位测量对照表，将检测元件输出的电平值和目标的方位角一一对应；

步骤4、检测元件对人体运动目标进行测量，输出电平值；

步骤5、查方位测量对照表，得到目标方位角。

进一步地，所述检测元件的数量小于或等于人体运动目标方位角数量。

进一步地，所述检测元件输出的电平值为高电平和低电平两种，检测到人体运动目标则输出高电平，未检测到人体运动目标则输出低电平。

进一步地，所述方法根据掩膜设计的不同可以检测一个或多个人体运动目标，但目标数目需小于或等于检测元件的数目。

进一步地，所述掩膜为涂有黑色油漆的不锈钢或其它可屏蔽人体热辐射的材料制成。

与现有技术相比，有益效果是：

1.       本发明可以敏感检测人体运动引起的红外辐射变化，即可以直接区分人体运动目标与一般障碍物； 

2.       本发明中热释电红外传感器是感知红外辐射变化的被动检测元件，其被动感知方式相对于传统的主动测量方式可以节省能量； 

3.       本发明选用的热释电红外传感器不受光照条件变化、背景变化的影响，增加了适用范围；

4.       本发明通过压缩感知方式提高了感知效率，可利用较少的检测元件数目实现人体运动目标的方位角测量，即检测元件数目可小于目标方位角数目；

5.       本发明通过查表的方式即可实现人体运动目标的方位测量，属于轻量级的方位测量系统，不存在对计算资源的过度索取；

6.       本发明成本低且设计灵活。

附图说明

图1是机器人视场区域划分示意图；

图2是热释电红外传感器掩膜调制示意图；

图3是压缩红外方位测量系统示意图；

图4是单目标方位测量的掩膜设计示意图；

图5是多目标方位测量的掩膜设计示意图；

其中：1，机器人；2，单区域；3，双区域；4，机器人视场；5，热释电红外传感器；6，菲涅耳透镜；7，掩膜；8，多个热释电红外传感器；9，多个热释电红外传感器的顶视图；10，多个热释电红外传感器的侧视图。

具体实施方式