專利名稱：移動機器人的定位方法
技術領域：
本發明涉及一種確定機器人的位置的方法(即，機器人的定位方法)，更 具體地講，涉及一種使用全向圖像準確地識別移動機器人的位置的移動機器 人的定^立方法。
背景技術：
通常，全向相機適于獲取全向圖像(即，相機附近360。的圖像)。近來， 移動機器人的定位方法已經引入市場。關于定位方法，全向相機已經被安裝 到移動機器人，從而使用全向相機捕獲的全向圖像來執行機器人的定位。上述安裝到全向機器人的用于識別機器人的位置的全向相機的代表性示 例在第10-160463號日本專利申請中公開，該申請通過引用包含于此。根據 上述第10-160463號日本專利申請，包括移動對象的全向一見域(visual view) 的全向視覺傳感器允許移動對象沿特定路徑移動，同時全向視覺傳感器使用 時間序列標準模式獲取移動對象附近的圖像。如果移動對象沿著預定路徑移 動，那么全向視覺傳感器獲取的圖像被與基于標準模式的圖像進行比較。如 果全向視覺傳感器獲取的圖像與上述標準模式圖像相同，那么與標準模式圖 像有關的位置被識別為檢測結果。然而，上述移動對象的傳統定位方法僅估計移動對象的近似位置，而不 是移動對象的準確位置，從而其在移動對象的定位方面存在困難。此外，移動對象的傳統定位方法使用動態編程算法作為匹配算法。而動 態編程算法對誤差非常敏感，從而極大地降低了定位精度。發明內容因此，本發明實施例的一方面在于提供一種用于正確地4企測移動機器人 的位置的移動機器人的定位方法。另外的方面和/或優點將部分地在下面的描述中被闡述，部分地從該描述 變得清楚，或者可通過實施本發明而得知。根據實施例，可通過提供一種移動機器人的定位方法來實現上述和/或其它方面，所述方法包括通過移動機器人捕獲第一全向圖像；確認捕獲到與 第一全向圖像具有高相關性的第二全向圖像的至少一個節點；當移動機器人 到達所述至少 一個節點中的捕獲到與第 一全向圖像具有最高相關性的第二全 向圖像的第 一節點時，確定移動機器人位于第 一節點處。所述方法還包括當第 一 節點的第二全向圖像與捕獲到的第 一全向圖像 之間的相關系數高于參考值時，確定移動機器人到達第 一 節點。所述方法還包括當第一節點與前一第一節點相同而且第一節點的第二 全向圖像與捕獲到的第 一全向圖像之間的相關系數逐漸增大并隨后減小時， 確定移動機器人到達第 一 節點。所述方法還包括當第 一節點的第二全向圖像與捕獲到的第 一全向圖像 之間的相關系數逐漸增大并且隨后不減小時，使移動機器人連續移動到第一 節點。所述方法還包括當第一節點與前一第一節點不同時，使移動機器人移 動到第一節點。優選地，所述方法還包括當移動機器人向第一節點移動時，通過移動 機器人確定所述至少一個節點中除了第一節點之外的其余節點是否有效，其 中，當有效節點的數量為"0"時，保持移動機器人的移動方向，當有效節點 的數量為'T，時，移動機器人從有效節點移動到第一節點，當有效節點的數 量為"2"時，移動機器人從由第一節點和兩個有效節點構成的三角形的重心 移動到第一節點。所述相關性中的每個指示兩個全向圖像的當前線之間的相關性。 所述相關性中的每個通過相關系數來表示，可通過下面的等式計算相關 系數Vc (o)'cw(o)其中，戶fr)指示相關系數，r指示旋轉角，C^指示互相關值，Cn和C^ 指示自相關值。可通過快速傅立葉變換(FFT)來計算互相關值。通過提供一種移動機器人的定位方法來實現前述和/或其他方面，該方法 包括通過移動機器人捕獲第一全向圖像；確認捕獲到與第一全向圖像具有高相關性的第二全向圖像的至少 一個節點；當移動機器人到達捕獲到與捕獲 到的第 一全向圖像具有最高相關性的第二全向圖像的第 一節點時，確定移動 機器人位于第一節點，當移動機器人沒有到達第一節點時，使移動機器人移 動到第一節點。所述方法還包括確定所述至少一個節點中除了第一節點之外的其余節 點是否有效，并使移動機器人沿著根據有效節點的數量確定的航向角移動， 從而移動機器人接近第一節點。所述至少一個節點的數量可以為"3",當有效節點的數量為"0"時，移 動機器人的移動方向可被設置為航向角，當有效節點的數量為"1"時，從有 效節點到第一節點的方向被設置為航向角方向，當有效節點的數量為"2"時， 從由第一節點和兩個有效節點構成的三角形的重心到第一節點的方向被設置 為航向角。所述相關性中的每個指示兩個全向圖像的當前線之間的相關性。 所述相關性中的每個通過相關系數來表示，可通過下面的等式計算相關 系數<formula>formula see original document page 7</formula>其中，戶W指示相關系數，T指示旋轉角，c^指示互相關值，c^和c^指示自相關值。可通過快速傅立葉變換(FFT)來計算互相關值。當除了第一節點之外的其余節點在第一節點的有效范圍內時，所述節點 可被確定為有效。通過提供一種移動機器人來實現前述和/或其他方面，所述移動機器人包 括全向相機，通過移動機器人捕獲全向圖像；相關系數計算器，計算所捕 獲的全向圖像與在移動機器人的可移動空間內的至少一個節點位置處捕獲的 至少一個第二全向圖像之間的相關系數，第一節點位置是所述至少一個節點 位置中具有最高相關系數的節點位置；控制器，當相關系數計算器計算出相 關系數不大于參考值并且第一節點位置不等于前一第一節點位置時，將移動 機器人移動到第一節點位置，當相關系數大于參考值時，所述控制器確定移 動機器人位于第一節點位置處。當第一節點位置不等于前一第一節點位置時，控制器將移動機器人移動到第一節點位置。當相關系數不大于參考值，第一節點位置等于前一第一節點位置，第一 節點位置的相關系數小于前一第一節點位置的相關系數，前一第一節點位置 的相關系數大于在前一第一節點位置之前的其他第一節點位置的相關系數 時，控制器確定移動機器人在第一節點位置處。當相關系^t不大于參考值，第一節點位置等于前一第一節點位置，并且 第一節點位置的相關系數不小于前一第一節點位置的相關系數時，控制器將 移動機器人移動到第一節點位置。
通過下面結合附圖對實施例進行的描述，本發明的這些和/或其它方面和優點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1示出根據當前實施例的移動機器人的外觀；圖2是示出根據當前實施例的由圖1所示的全向相機捕獲的剖面的結構圖；圖3示例性地示出根據當前實施例的由圖1所示的全向相機捕獲的全向圖像；圖4是示出根據當前實施例的移動機器人的框圖；圖5示例性地示出移動機器人的可移動空間的節點；圖6示例性地示出圖3的全向圖像的當前線；圖7是示出根據當前實施例的機器人定位方法的流程圖；圖8是詳細示出圖7中的操作56的流程圖。
具體實施方式
現在將詳細描述實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終 表示相同的部件。以下參照附圖來描述實施例以解釋本發明。參照圖1,根據當前實施例的移動機器人10包括機器人主體12和安裝 到機器人主體12上的全向相機11。如圖2所示，全向相機11包括全向鏡頭 lla和CCD元件llb。參照圖2，曲面鏡附于全向相機11的前部分，從而獲取全向相機附近的 360°的圖像。更詳細地講，空間點Xmir在位于曲面鏡上的特定點xmir處被反射，在CCD元件llb上形成圖像，從而在最終圖《象上出現點ximg。點xmir 全向分布，從而全向相機可捕獲其附近360。的圖像。參照圖4,包括圖1或圖2所示的組成部件的移動機器人IO還包括用于 存儲節點數據的存儲器30和用于控制移動機器人10的控制器20。如圖5所示，節點數據包括指示機器人的可移動空間的各節點位置的節 點地圖、相應節點的全景圖像以及全景圖像的當前線(currentline )。節點地 圖的每個節點位置作為坐標值被存儲。每個節點的全向圖像由能夠在各節點 處從機器人10捕獲圖像的全向相機11獲取。這樣，在每個節點處捕獲全向 圖像的情況下，優選的是，全向相機11可被設置為面對相同的捕獲方向。如 圖6所示，當前線指示平行于全向圖像的表面(或底面)的平面。控制器包括圖像處理器22和相關系數計算器21。圖像處理器22對全向 相機11捕獲的全向圖像執行預處理。圖3的全向圖像的無意義部分被切除， 對圓環形的圓執行直方圖均衡化以執行圖像處理。如果圖像處理器22完成了圖像處理，那么控制器20提取上述當前線。 在這種情況下，在全向圖像的原點處設立當前線，并且可考慮快速傅立葉變 換(FFT)的特性通過2的平方(即，通過圖像處理器22)來計算當前線的 分辨率以計算相關系數。相關系數計算器21計算機器人10所捕獲的全向圖像的第一當前線與從 各節點獲取的第二當前線之間的相關系數，該相關系數由下面的等式來表示<formula>formula see original document page 9</formula>其中，/)^是相關系數，T是旋轉角，(；是互相關值，c^和c",是自相關值。在上面的等式中，最高的相關系數被設置為"r，。相關系數的絕對值越 接近't，，相互比較的全向圖像的當前線之間的相似程度越高。此外，通過FFT計算C甲傅立葉變換對頻域和時域之間包含的數值序列進行變換，基于傅立葉變 換方案使用數值計算選擇一系列時間釆樣，測量所選擇的時間采樣的頻率分 量，并使用多種頻率來計算在時間采樣序列中將出現多少能量。假設高速執 行上述傅立葉變換方案，那么實現快速傅立葉變換方案。盡管傅立葉變換方 案還可計算具有特定長度的分辨率序列，但是為了將FFT的優點最大化，當前線的分辨率必須^^設置為2的平方。以下將參照圖7和圖8來描述識別移動機器人的位置的方法(即，機器 人定位方法)。如果移動機器人IO位于預定的空間點處，那么在操作40移動 機器人10的全向相機11捕獲全向圖像。捕獲的全向圖像經圖像處理器22被 發送給相關系數計算器21。相關系數計算器21在操作42計算全向圖像的當 前線與在每個節點處捕獲的全向圖像的第二當前線之間的相關系數。如果計算了每個節點的相關系數，那么控制器20在操作44根據捕獲的 全向圖像選擇具有高相關性(即，相關系數的絕對值大)的三個節點。接下 來，在操作46，控制器20確定所述三個節點中具有最高相關系數的特定節 點為第一節點，并確定第一節點的相關系數是否高于參考值。在這種情況下， 可以考慮全向相機11的規格來選擇所述參考值，而且可將所述參考值設置為 接近1的任何值。如果第 一節點的相關系數高于參考值，那么控制器20確定移動機器人 10的全向圖像和第一節點的第二全向圖像之間的當前線存在高相關性，從而 控制器20在操作52確定移動機器人10位于第一節點。如果第一節點的相關系數等于或小于參考值，那么控制器20在操作48 確定當前第一節點是否與前一第一節點相同。該操作適于確定移動機器人是 否在特定節點附近連續移動，盡管機器人不位于與所述特定節點相同的節點 處。如果在操作48當前第一節點與前一第一節點相同，那么控制器20在操 作50確定當前第一節點的相關系數(C[O])是否小于前一第一節點的相關系 數(C[l]),前一第一節點的相關系數(C[l])是否高于在該前一第一節點之 前的前一第一節點的相關系數(C[2])，該前一第一節點之前的前一第一節點 的相關系數(C[2])是否高于C[2]所代表的節點之前的另一前一第一節點的 相關系數(C[3])。在這種情況下，C[n-l](其中，n為自然數)是當前被計 算的或者已經被計算并被存儲在存儲器30中直到在操作54被刪除的第一節 點的相關系數。如果滿足上述條件，那么控制器20確定移動機器人10逐漸接近第一節 點而且隨后離開第一節點，從而在操作52確定移動機器人IO位于第一節點。 然而，如果由于存儲在存儲器30中的C[n-l](其中，n為自然數)的數量小 于"4"或者C[n-l]持續增加而導致不滿足上述條件，那么控制器20在操作56確定移動機器人10沒有到達第一節點，并使移動機器人繼續向第 一節點移動。同時，如果在操作48當前第一節點不同于前一第一節點，那么控制器確 定移動機器人10向當前第一節點而非前一第一節點移動，并在操作54從存 儲器30中刪除C[n-l](其中，n為自然數)以確定移動機器人10是否接近前 一第一節點。移動機器人10在操作56向新的第一節點移動。如圖8所示，為了向第一節點移動，移動機器人IO在操作56-1確定從 上述三個節點中選擇的除了第一節點以外的其余兩個節點是否有效。可以通 過各種方式設立有效條件。然而，根據當前實施例，如果目標節點是基于第 一節點的至少三個節點中的任何一個，那么確定目標節點是有效的。例如， 如果圖5的節點"33"為第一節點，那么有效范圍對應于虛線范圍。如果具 有高相關系數的其余兩個節點為節點"41"和節點"42"，那么由于節點"41" 和節點"42"包含在有效范圍內，所以上述兩個節點^^確定為有效節點。如果節點的有效測試完成，那么在操作56-2檢測移動機器人10的旋轉 角。移動機器人10的旋轉角是移動機器人10的捕獲方向(例如，從圖5的 下部到上部的方向)和行進方向之間的角。接下來，在操作56-3確定移動機 器人的航向角(heading angle )。移動機器人10的航向角指示移動機器人10 的行進方向和捕獲方向之間的角，從而移動機器人10可根據航向角接近第一 節點。根據有效節點的數量通過不同的方法來確定移動機器人10的航向角。換 句話說，如果在操作44中選擇的三個節點中的除了第一節點之外的其余兩個 節點都不是有效的，那么所設立的移動機器人的行進方向被設置為航向角。 如果所述其余兩個節點中只有一個節點是有效的，那么確定移動機器人10位 于第一節點和有效節點之間，并且在第一節點的方向上而非有效節點的方向 上設立移動機器人10的航向角，以便移動機器人10可沿著第一節點的方向 移動。最后，如果所述其余兩個節點都是有效的，那么控制器20確定移動機器 人10位于由第一節點和所述兩個有效節點構成的三角形中。為了允許移動機 器人IO接近第一節點，從所述三角形的重心到第一節點的特定方向被確定為 移動機器人10的4元向角。如果提取了移動機器人10的航向角，那么控制器20使移動機器人10的行進方向從旋轉角改變為航向角，從而移動機器人IO在操作56-4移動。上 述過程返回到操作40,并再次執行圖7的循環。從上述描述清楚的是，如果移動機器人沒有到達特定節點，那么根據當 前實施例的機器人定位方法將移動機器人繼續移動到特定節點。僅當確定移 動機器人已經到達特定節點時，所述機器人定位方法才確定移動機器人位于 特定節點，從而可正確識別出移動機器人的位置。當前實施例在移動機器人接近特定節點時確定該特定節點是否有效，并 多次修改移動機器人的航向角直到移動機器人到達所述特定節點，以便移動 機器人可識別其準確位置。盡管沒有移動機器人的前一位置數據，但是當前實施例可準確地識別出 移動機器人的位置，從而其可被有效地用于識別機器人的初始位置，并可解 決移動機器人的位置被突然改變的綁架(kidnap)問題。盡管示出并描述了一個實施例，但是本領域技術人員應該理解，在不脫 離本發明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行改變，本發明的范 圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1、一種移動機器人的定位方法，該方法包括通過移動機器人捕獲第一全向圖像；確認捕獲到與第一全向圖像具有高相關性的第二全向圖像的至少一個節點；當移動機器人到達所述至少一個節點中的捕獲到與第一全向圖像具有最高相關性的第二全向圖像的第一節點時，確定移動機器人位于第一節點處。
2、 如權利要求l所述的方法，還包括當第一節點的第二全向圖像與捕 獲到的第一全向圖像之間的相關系數高于參考值時，確定移動機器人到達第 一節點。
3、 如權利要求l所述的方法，還包括當第一節點與前一第一節點相同 而且第 一節點的第二全向圖像與捕獲到的第 一全向圖像之間的相關系數逐漸 增大并隨后減小時，確定移動機器人到達第 一 節點。
4、 如權利要求l所述的方法，還包括當第一節點的第二全向圖像與捕 獲到的第一全向圖像之間的相關系數逐漸增大并且隨后不減小時，使移動機 器人繼續移動到第一節點。
5、 如權利要求3所述的方法，還包括當第一節點與前一第一節點不同 時，使移動機器人移動到第一節點。
6、 如權利要求4所述的方法，還包括當移動機器人向第一節點移動時， 通過移動機器人確定所述至少一個節點中除了第一節點之外的其余節點是否 有效，其中，當有效節點的數量為"0"時，保持移動機器人的移動方向，當有 效節點的數量為'T，時，移動機器人從有效節點移動到第一節點，當有效節 點的數量為"2"時，移動機器人^v由第一節點和兩個有效節點構成的三角形 的重心移動到第一節點。
7、 如權利要求l所述的方法，其中，所述相關性中的每個指示兩個全向 圖像的當前線之間的相關性。
8、 如權利要求l所述的方法，其中，所述相關性中的每個通過相關系數 來表示，通過下面的等式計算相關系數<formula>formula see original document page 3</formula>其中，pfT)指示相關系數，T指示旋轉角，Cw指示互相關值，C^和C^ 指示自相關值。
9、 如權利要求8所述的方法，其中，通過快速傅立葉變換來計算互相關值。
10、 一種移動^L器人的定位方法，該方法包括 通過移動機器人捕獲第 一全向圖像；確認捕獲到與第 一全向圖像具有高相關性的第二全向圖像的至少 一個節點；當移動機器人到達捕獲到與捕獲到的第 一全向圖像具有最高相關性的第 二全向圖像的第一節點時，確定移動機器人位于第一節點，當移動機器人沒 有到達第 一節點時，使移動機器人移動到第 一節點。
11、 如權利要求IO所述的方法，還包括確定所述至少一個節點中除了 第一節點之外的其余節點是否有效，并使移動機器人沿著根據有效節點的數 量確定的航向角移動，從而移動機器人接近第一節點。
12、 如權利要求11所述的方法，其中，所述至少一個節點的數量為"3"， 并且當有效節點的數量為"0"時，移動機器人的移動方向被設置為航向角， 當有效節點的數量為"1"時，從有效節點到第一節點的方向被設置為航向角 方向，當有效節點的數量為"2"時，從由第一節點和兩個有效節點構成的三 角形的重心到第 一 節點的方向被設置為航向角。
13、 如權利要求IO所述的方法，其中，所述相關性中的每個指示兩個全 向圖像的當前線之間的相關性。
14、 如權利要求IO所述的方法，其中，所述相關性中的每個通過相關系 數來表示，通過下面的等式計算相關系數<formula>formula see original document page 3</formula>^(0)其中，/ W指示相關系數，T指示旋轉角，(；指示互相關值，c^和c^指示自相關值。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，通過快速傅立葉變換來計算互相 關值。
16、 如權利要求5所述的方法，還包括當移動機器人向第一節點移動 時，通過移動機器人確定所述至少一個節點中除了第一節點之外的其余節點 是否有效，其中，當有效節點的數量為"0"時，保持移動機器人的移動方向，當有效節點 的數量為'T，時，移動機器人從有效節點移動到第一節點，當有效節點的數 量為"2"時，移動才幾器人從由第一節點和兩個有效節點構成的三角形的重心 移動到第一節點。
17、 如權利要求11所述的方法，其中，當除了第一節點之外的其余節點 在第一節點的有效范圍內時，所述節點被確定為有效。
18、 一種移動^/L器人，包括 全向相機，通過移動機器人捕獲全向圖像；相關系數計算器，計算所捕獲的全向圖像與在移動機器人的可移動空間 內的至少一個節點位置處捕獲的至少一個第二全向圖像之間的相關系數，第 一節點位置是所述至少一個節點位置中具有最高相關系數的節點位置；控制器，當相關系數計算器計算出相關系數不大于參考值并且第一節點 位置與前一第一節點位置不同時，將移動機器人移動到第一節點位置，當相 關系數大于參考值時，所述控制器確定移動機器人位于第一節點位置處。
19、 如權利要求18所述的移動機器人，其中，當第一節點位置與前一第 一節點位置不同時，控制器將移動機器人移動到第一節點位置。
20、 如權利要求18所述的移動機器人，其中，當相關系數不大于參考值， 第一節點位置與前一第一節點位置相同，第一節點位置的相關系數小于前一 第一節點位置的相關系數，前一第一節點位置的相關系數大于在前一第一節 點位置之前的其他第一節點位置的相關系數時，控制器確定移動機器人在第 一節點位置處。
21、 如權利要求18所述的移動機器人，其中，當相關系數不大于參考值， 第一節點位置與前一第一節點位置相同，并且第一節點位置的相關系數不小 于前一第一節點位置的相關系數時，控制器將移動機器人移動到第一節點位置。
全文摘要
公開了一種移動機器人的定位方法，該方法包括通過移動機器人捕獲第一全向圖像；確認捕獲到與第一全向圖像具有高相關性的第二全向圖像的至少一個節點；當移動機器人到達所述至少一個節點中的捕獲到與第一全向圖像具有最高相關性的第二全向圖像的第一節點時，確定移動機器人位于第一節點處。
文檔編號B25J5/00GK101271333SQ20081000200
公開日2008年9月24日 申請日期2008年1月3日 優先權日2007年3月20日
發明者盧慶植, 尹碩浚, 閔丞基, 韓宇燮 申請人:三星電子株式會社