本發(fā)明屬于自動跟隨行李箱，具體涉及一種涉及小型雙目攝像機近距離抗干擾的目標模版局部surf快速匹配識別、雙目視覺測距定位、單片機基于模糊控制的目標快速跟隨算法，以及控制器小型化嵌入式設計的基于雙目視覺快速高魯棒性識別、定位的自動跟隨行李箱。

背景技術：

行李箱是人們日常生活中長途出行的必備工具。傳統(tǒng)的拉桿箱的確可以方便人們攜帶較重的物品，但是人們的雙手依舊沒有得到解放，長時間的拖動沉重的旅行箱行走也會使人產生疲勞。

現(xiàn)如今已經有工程師想到了利用電力代替人力的自跟隨行李箱，而解決自動跟隨主人的核心問題，就是行李箱通過何種傳感器對主人進行準確的識別和實時的定位。放眼國外，西班牙的工程師利用藍牙通信技術打造了一款自動識別手機藍牙信號的行李箱。在國內，也有人想到利用超聲波或者紅外傳感器來檢測行李箱和人的相對距離，達到跟蹤控制的目的，但這些方法都無法讓行李箱真正地“看到”，并識別它的主人。而且在公共場合，無論是藍牙，超聲波，還是紅外傳感器都會受到來自周圍環(huán)境的各種干擾，缺少視覺系統(tǒng)的行李箱不但沒有識別和避障能力，甚至有可能失控撞到行人。而基于雙目攝像機的識別定位則可以完美的解決這些問題。而且基于視覺伺服的閉環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，算法計算量小，實時性和魯棒性都更優(yōu)越，成本也較低，具有良好的市場前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用雙目攝像機識別主人身上佩戴的特征物品，并實時對主人進行定位，跟隨其主人移動的基于雙目視覺快速高魯棒性識別、定位的自動跟隨行李箱。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種基于雙目視覺快速高魯棒性識別、定位的自動跟隨行李箱，包括箱體外殼1、小型雙目攝像機2、電機及其驅動3、舵機及其驅動4、滾動滑輪5、單片機控制器6、蓄電池7，利用安裝在箱體外殼1、正面頂部的小型雙目攝像機2、近距離獲取主人側面的圖像信息，并識別主人腰間佩戴的特征物品，通過雙目視覺定位原理測得特征目標的相對位置，由單片機控制器6、控制安裝在箱體外殼1、底部的電機及其驅動3，帶動滾動滑輪5、轉動，完成直線跟隨的任務，以同樣的方式通過單片機控制器6、控制其舵機及其驅動，旋轉滾動滑輪5的方向，在轉彎時，調整行李箱的跟隨姿態(tài)以及移動方向，完成轉彎跟隨的任務；蓄電池7為單片機控制器6與電機及其驅動3、舵機及其驅動4提供了所需的電力。

識別算法采用基于目標模版的局部surf快速檢測，通過預先單獨對佩戴的特征物體進行圖像采集和特征點提取，再分別對左右攝像機獲取圖像中的目標進行匹配，進而達到了單一目標的雙目互匹配。

所述下位機的控制算法采用基于速度和航向的綜合模糊控制，根據高精確識別定位后的行李箱相對主人的水平距離和兩者前后的偏移距離與給定跟隨保持相對距離作對比，用來分別對速度和航向進行模糊控制。

小型雙目攝像機2、嵌入在箱體外殼1正面的頂部，單片機控制器6、和電機及其驅動3、舵機及其驅動4以及蓄電池7均為小系統(tǒng)集成封裝，被安置在箱體外殼1最底部；單片機控制器6會檢測蓄電池7的電量。

本發(fā)明的有益效果在于：

作為智能行李箱的外界感知傳感器，雙目攝像機不僅具有識別能力和定位能力，視覺伺服反饋控制的本身也具有算法簡單，抗干擾能力強等特點。由于檢測的目標是主人腰間佩帶的一個特征物體，在行走過程中不會因為晃動發(fā)生劇烈變化，大大減少了單片機識別的計算量，因此該系統(tǒng)兼顧了魯棒性和實時性。這也使得行李箱能夠更準確，更穩(wěn)定的跟隨主人移動，不但解放了人們的雙手，也使人們無行李箱因為信號干擾失控的后顧之憂。該智能行李箱只需要配備普通的雙目攝像頭，單片機控制器以及電機舵機及其驅動即可，性價比較高，具有很大的市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖。

圖2為本發(fā)明的結構框圖。

圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)工作圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：

如圖1所示，左右小型攝像機將獲取的實時圖像傳輸至單片機，單片機控制器根據其目標識別和跟蹤算法，將位置信息變成控制量輸入運動控制驅動，使電機和舵機按設計好的跟隨控制算法運動。

它包括箱體外殼1、小型雙目攝像機2、電機及其驅動3、舵機及其驅動4、滾動滑輪5、單片機控制器6。

本發(fā)明的工作原理為：

小型雙目攝像機2、被嵌入安裝在箱體外殼1、正面的頂部，與位于箱體外殼1、底部的單片機控制器6相連進行串口通信，為其提供主人的實時圖像，單片機控制器6、又與位于箱體外殼1、底部的電機及其驅動3、和舵機及其驅動4、相連并進行串口通信，獲取實時的移動控制指令。在跟隨時，單片機控制器6、從獲取的實時圖像中識別出主人身上的攜帶的特征物品以后，由雙目視覺定位原理計算其空間位置信息，并與給定參考的跟隨保持相對位置作比較，構成視覺負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制對象為電機及其驅動3、和舵機及其驅動4、，根據相應控制指令，分別對速度和航向進行模糊控制，使?jié)L動滑輪5、帶動行李箱的箱體外殼1、精確地移動，轉彎，從而完成跟隨主人移動的任務。蓄電池7、為整個系統(tǒng)運轉提供了電力能源。單片機會實時檢測蓄電池電量，并在其電量不足時提示主人。

其系統(tǒng)工作框圖如圖所示：

如圖所示，單片機控制器目標識別算法采用的是一種目標模版局部surf快速匹配識別算法。通過預先采集佩戴物品的圖像并利用surf算法提取其關鍵點的特征向量，再分別對左右攝像機獲取圖像中的目標進行匹配，從而建立了雙目目標之間的互匹配關系，排除了背景特征點的干擾，使得單片機控制器的只需要對目標進行surf匹配計算，實時性得到了明顯的改善，而且腰間的佩戴物在行走時也不會發(fā)生劇烈的晃動，檢測環(huán)境的穩(wěn)定性也得到了保障。綜上所述，該算法可以滿足在復雜環(huán)境下行李箱的高可靠性定位和快速實時的跟隨。

單片機控制器的跟蹤算法采用了的是基于速度和航向的模糊控制，該算法根據識別到的目標相對行李箱的空間位置信息與給定跟隨保持位置信息做比對，分別從主人與其身旁的行李箱距離以及兩者之間前后的偏移距離作為模糊控制的判斷依據。首先根據水平距離確定航向，即舵機角度，使主人與行李箱始終保持平行移動的跟隨狀態(tài)。然后再根據其前后偏移調整電機的轉速，使主人與行李箱保持相對一致的前進后退速度，并根據之前確定的航向信息，在主人轉彎時適當的調整左右輪的轉速差，在主人身旁跟隨其轉彎移動。

整個單片機控制器與電機舵機驅動被集成封裝在一起，安置在箱體外殼的底部，使箱體外殼內部的空間最大化，不影響傳統(tǒng)行李箱原本的儲物功能。

本發(fā)明的主要動作過程如下：

1、箱體外殼1、正面頂部的小型雙目攝像機2、近距離獲取主人側面的圖像(范圍在1米之內)，并將圖像信息實時傳輸給單片機控制器6、進行處理，單片機控制器6、利用目標模版局部surf快速匹配識別算法，提取主人身上佩戴的特征物體，將該物體鎖定為目標，并對其進行測距定位。

2、獲取的目標位置信息會在單片機控制器6、內部進行處理，它將與給定的參考跟隨保持位置進行比對作差，進一步作為電機及其驅動3、，舵機及其驅動4、的輸入，控制滾動滑輪5、轉動，帶動箱體外殼前進或是轉彎，完成跟隨主人的任務。

如圖1所示，箱體外殼1、雙目攝像機2、電機及其驅動3、舵機及其驅動4、滾動滑輪5、單片機控制器6、蓄電池7、。

行李箱箱體外殼1、正面頂部安裝的小型雙目攝像機2、正對其主人的側面，并獲取實時圖像。在行李箱跟隨主人移動之前，雙目攝像機2、會提取并鎖定主人腰間佩戴的特征物品，作為跟隨目標。整個跟隨過程行李箱始終在主人側面移動，并實時地從圖像中識別出該特征目標，通過雙目測距對其進行實時定位。特征目標的相對位置信息，與給定的跟蹤保持位置作對比，經單片機控制器6、算法處理后，作為電機及其驅動3、舵機及其驅動、的輸入控制信號，使電機舵機根據一定的跟蹤算法原則運行，驅使?jié)L動滑輪5、帶動箱體外殼1、作直線和轉彎移動，來完成實時跟隨任務。系統(tǒng)工作過程中單片機控制器6、會實時檢測蓄電池7、的剩余電量，并在電量不足時提示。

本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺快速高魯棒性識別、定位的自動跟隨行李箱，該發(fā)明利用雙目視覺作為行李箱感知外界獲取主人位置信息的主要手段。其組成包括箱體外殼，小型雙目攝像機，電機及其驅動，舵機及其驅動，單片機控制器，滾動滑輪、蓄電池。本發(fā)明的目的是使人們在攜帶行李箱出行的途中，無需手動拖動沉重的行李，而是由基于雙目視覺伺服的行李箱識別主人腰間佩戴的特征物品，并對主人進行實時定位。依靠單片機控制電機和舵機，根據一定航向和速度的控制算法，使行李箱自主跟隨主人移動。其內置有蓄電池為整個系統(tǒng)供電，也可以為個人攜帶的電子設備充電。單片機控制器會自動檢測蓄電池電量，并在不足時提示主人需要充電。

整個行李箱的外形大小和重量參考民航運輸規(guī)定中乘客自理的標準登機箱設計(也可以針對地面交通工具制定更大的尺寸和運載重量)。硬件控制系統(tǒng)采用小型化嵌入式設計，基本不占用行李箱的儲物空間。綜上所述，該發(fā)明為遠途外出的人們，尤其是高端商務人士，提供了極大的便利與舒適性。