[发明专利]一种应用于室内墙面施工机器人的视觉砂浆识别系统

说明书

本发明公开了一种应用于室内墙面施工机器人的视觉砂浆识别系统，属于视觉识别技术领域，本发明的视觉砂浆识别系统引入分布式系统解决计算资源争用问题，引入视觉显著性原理解决视觉识别系统泛化能力差的问题，同时引入OpenCL异构计算解决机器人计算能力有限的问题。采用本发明可以减少机器人工作时的人工干预，机器人的工作任务可以实现自动计算，同时提升机器人的工作效率。

技术领域

本发明属于视觉识别技术领域，具体涉及一种应用于室内墙面施工机器人的视觉砂浆识别技术。

背景技术

随着工业智能化的进程，由于识别率高、速度快、成本低、连续作业等优点，计算机视觉系统越来越多的代替人类完成识别、分类等任务。常见的技术包括边缘检测、纹理识别、RCNN物体识别等，这些技术广泛应用于各种领域，如高压线检测、人脸识别等。但在室内施工机器人领域，对于机器人施工的原材料“砂浆”的识别上，上述技术很难奏效，主要原因有：

1、室内施工环境复杂，待施工墙面种类多，光照环境不可控。简单的依靠边缘、颜色等信息，识别系统的泛化能力很弱，例如边缘检测在红砖墙面的环境下，砂浆的识别率很低；

2、墙面纹理信息弱，且砂浆属于半流体，在张力以及重力作用下，表面纹理特征会发生变化；机器人施工时距离墙面不到30厘米，超过了绝大部分深度相机的合理适用范围；

3、受限于机器人的功耗以及成本，其计算能力有限。为保证机器人的工作效率，视觉系统必须在有限的硬件环境下实现高性能计算。在现有机器人施工条件下，要求每一帧输入图像的处理时间不能超过100ms。而一套由高斯滤波、Canny边缘检测、二值化与形态学变换组成的视觉识别系统，对于一帧图像(1920*1080)的处理时间为1.1s-1.2s，远远不能达标；

4机器人系统复杂，实时性要求高。为保证机器人正常工作，整套系统包括运动控制系统、导航定位系统、人机交互系统和视觉识别系统，单控制系统难以同时满足全部运算需求。

发明内容

本发明的发明目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于室内墙面施工机器人的视觉砂浆识别系统。本系统引入分布式系统解决计算资源争用问题，引入视觉显著性原理解决视觉识别系统泛化能力差的问题，引入OpenCL异构计算解决机器人计算能力有限的问题，同时根据机器人工作特点引入视觉识别参数优化系统提高指定工作环境的识别目的性。

本发明的应用于室内墙面施工机器人的视觉砂浆识别系统，包括：

在室内墙面施工机器人中，由至少两台工控机组成，工控机之间由有线或无线网络相连；

连接摄像头的工控机将视频流实时传输到未连接摄像头的工控机上显示；

根据颜色以及位置信息计算视觉显著值，进行砂浆部位的分割，若像素点的显著值大于预设阈值，则认为其属于砂浆区域，从而分割出对应的砂浆区域；

其中，连接摄像头的工控机将图像内存拷贝与图像解码分布在两个线程中执行，解码线程进行需求匹配的解码方式，且与拷贝线程差速匹配；

采用双缓冲区与读写指针原子交换的方式实现视频流传输模块与视频采集模块之间的读写互斥。

进一步的，视频采集模块持有一信号量，连接错误处理模块监听此信号量，当视频采集模块出错时，触发此信号量，进而触发连接错误处理模块。

进一步的，砂浆识别处理具体为：

将RGB色彩空间的图像转换到Lab色彩空间；

对每个像素点的五元信息(L,a,b,x,y)进行Means-Shift聚类，得到超像素图像；

计算每个超像素块与其他超像素块颜色信息的欧式距离与位置信息的欧氏距离，归一化得到显著值；