基于tof传感器的扫地机避障和导航方法、装置及存储介质
技术领域
1.本发明涉及扫地机技术领域，尤其涉及的是一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法、装置及存储介质。
背景技术：2.目前消费级移动式机器人，尤其是智能扫地机器人中，不仅需要具备智能避障功能，还需要规划行动路线、尽可能将室内面积覆盖。因此，现有扫地机中常使用多种传感器来共同实现避障和导航功能。
3.例如：常采用将激光雷达安装在扫地机顶端实现室内slam(同步定位与地图构建)，然而要实现复杂场所的避障效果，还需要安装其他传感器，如红外避障传感器、超声波避障传感器等。
4.由于对于不同传感器的数据，需要不同的处理方法，增加了扫地机的研发难度，也降低了使用时的数据处理速度和工作效率。
5.因此，现有技术还有待改进和提高。
技术实现要素：6.本发明的主要目的在于提供一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法、装置、存储介质及扫地机，旨在解决现有技术中扫地机实现避障和导航采用多种传感器、数据处理速度慢、工作效率低的问题。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其中，所述方法包括：基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；当tof传感器位于扫地机的前端，基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，所述第一曝光时长小于所述第二曝光时长，所述第一曝光时长与所述第二曝光时长形成一个曝光周期；融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；当tof传感器位于扫地机的后端或侧端，基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。
8.可选的，将多个所述tof传感器设置为自动曝光模式，所述基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据，包括：以异步方式获取被配置为自动曝光模式的tof传感器的曝光数据；根据空间同步方法，融合所有的所述曝光数据获得所述自动曝光数据。
9.可选的，所述基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，还包括：根据过曝识别方法，对所述第二曝光数据进行判断；当所述第二曝光数据过曝，基于所述第一曝光数据修正所述第二
曝光数据。
10.可选的，基于所述第一曝光数据修正所述第二曝光数据，包括：依次获取所述第二曝光数据中过曝数据的每一个位置，将所述第一曝光数据中与所述位置对应的数据替换所述第二曝光数据中与所述位置对应的数据。
11.可选的，当所述第二曝光数据正常，还包括：将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，获得曝光数据；根据过曝识别方法，对所述曝光数据进行判断；当所述曝光数据正常，基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据；当所述曝光数据过曝，将所述第一曝光时长与所述第二曝光时长设为下一个曝光周期。
12.可选的，所述基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据后，还包括：持续将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，直至所述曝光数据过曝。
13.可选的，所述融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据，包括：对所述第一曝光数据和第二曝光数据分别进行相位解调和深度计算，获得深度数据；根据时间和空间同步方法，融合所有的所述深度数据获得所述第一点云数据。
14.本发明第二方面提供一种基于tof传感器的扫地机避障和导航装置，所述装置包括：方位获取模块，用于基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；曝光数据获取模块，用于基于预设的混合曝光模式，获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据；或者，基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；点云数据获取模块，用于融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；或者，基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；控制模块，用于基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；或者，基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。
15.本发明第三方面提供一种扫地机，包括存储器、处理器以及多个间隔设置在扫地机侧面的tof传感器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的扫地机避障和导航程序，所述扫地机执行所述避障和导航程序时实现任意一项上述基于tof传感器的避障和导航方法。
16.本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于tof传感器的扫地机避障和导航程序，所述基于tof传感器的扫地机避障和导航程序被处理器执行时实现任意一项上述基于tof传感器的扫地机避障和导航方法的步骤。
17.由上可见，与现有技术相比，本发明方案根据扫地机的行进方向，判断tof传感器是否位于扫地机的前端，若在前端，则按照混合曝光模式，获得不同曝光时长的数据以形成用于避障和导航的点云数据，否则，按照自动曝光模式，获得用于导航的点云数据。因此，只需处理tof传感器的数据，通过设置tof传感器不同的曝光模式就可以实现避障和导航，降低研发难度，也能提高数据处理速度和扫地机工作效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其它的附图。
19.图1是本发明实施例提供的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法流程示意图；
20.图2是图1实施例中混合模式曝光示意图；
21.图3是图1实施例中步骤a200具体流程示意图；
22.图4是图1实施例中长曝光数据正常时的具体流程示意图；
23.图5是本发明实施例提供的基于tof传感器的扫地机避障和导航装置的结构示意图。
具体实施方式
24.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
25.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
26.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
27.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
28.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当
…
时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0029]
下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0031]
扫地机是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。因此，需要具备智能的避障和规划行动路线的能力。目前多采用激光雷达作为定位与导航的主传感器，再结合其他传感器，如超声波、红外等作为避障用的传感器。
[0032]
由于对于不同传感器的数据，需要不同的处理方法并且难以融合，增加了扫地机的研发难度，也造成使用时扫地机数据处理速度慢，影响工作效率。并且由于激光雷达产品的特性，将激光雷达安装于扫地机内部时，不可避免的导致实际可用的fov(视场角)大幅度减小，且面临着内部复杂结构导致的光路遮挡、杂光多次反射等问题，使得激光雷达数据质
量显著下降，影响定位导航算法的精度。因此普遍将激光雷达安装在扫地机顶部，却又导致整机高度增加，不利于扫地机器人对室内低矮空间的清洁。
[0033]
近年来，三维视觉成像技术越来越多的应用于各行各业，其主要技术之一就是tof(time of flight)技术。基于tof技术的深度相机使用的是主动成像方式，即相机系统向目标发射激光，通过光线从光源到达物体，再反射回图像传感器的时间来测量成像目标到图像传感装置的距离。tof深度相机具有体积小、误差低、抗干扰性强等特点。不但可应用于获取高精度的图像，还可实现对物体识别、障碍检测等功能，且tof的深度计算不受目标物体表面灰度和特征影响，可以非常准确的进行目标三维图像的探测，计算量小，适用于室内外各种场合。
[0034]
本发明方案提供了一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，通过设置位于扫地机不同位置处的tof传感器选择不同的曝光模式，只需处理tof传感器这一种数据，就可以实现避障和导航，降低研发难度，也能提高数据处理速度和扫地机工作效率。
[0035]
示例性方法
[0036]
如图1所示，本实施例提供了一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法。为了方便叙述和理解，本发明中的第一曝光时长、第一曝光数据、第二曝光时长和第二曝光数据在下面叙述中分别称为短曝光时长、短曝光数据、长曝光时长和长曝光数据。
[0037]
具体的，上述方法包括如下步骤：
[0038]
步骤s100：基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；
[0039]
具体的，根据扫地机的行进方向，tof传感器在扫地机上的方位可以分为前端、后端、左侧和右侧。本实施例中，首先从扫地机的控制处理器中获取到扫地机的行进方向，从tof传感器获得光线发射方向，若行进方向与光线发射方向之间的夹角小于预设的角度阈值(如15度)，则判定tof传感器位于扫地机的前端。显然，还可以根据扫地机的行进方向、旋转角度和tof传感器的初始安装位置来获得扫地机运行时tof传感器在扫地机上的方位。
[0040]
根据上述判断结果，若tof传感器位于扫地机的前端：
[0041]
步骤a200：基于预设的混合曝光模式，分别获得tof传感器在短曝光时长下的短曝光数据和长曝光时长下的长曝光数据，所述短曝光时长与所述长曝光时长形成一个曝光周期；
[0042]
具体的，基于tof传感器的曝光模式可以设定，本发明将tof传感器设置了两种工作模式：自动曝光模式和混合曝光模式，其中自动曝光模式由tof传感器选择曝光时长，用于远距slam功能需求，可以提高帧率、降低功耗；混合曝光模式如图2所示，采用设定的长短曝光时长相结合的间隔曝光，一个曝光周期包括了一个长曝光时长和一个短曝光时长，短曝光时长的曝光时长比长曝光时长的曝光时长短，分别获得长曝光数据和短曝光数据，用于同时满足近距避障和远距slam功能需求，可以提高近距、远距的探测环境中存在不同反射率的情况，有利于提高探测环境的适配性。
[0043]
因此，若tof传感器位于扫地机的前端，则将tof传感器设置为混合曝光模式，分别获得短曝光时长下的tof传感器数据作为短曝光数据和长曝光时长下的tof传感器数据作为长曝光数据。
[0044]
其中，混合曝光模式中的长曝光时长和短曝光时长可以根据具体情况进行选择，通常为50us+300us或者300us+1000us。50us+300us适用于fov比较小、工作距离较近时；
300us+1000us适用于fov比较大、工作距离较远时。
[0045]
优选地，本实施例在扫地机的侧面相对置地安装了两个itof(间接tof技术)3d传感器。扫地机运行时，位于扫地机前端的itof 3d传感器以混合曝光模式工作，位于扫地机后侧的itof 3d传感器以自动曝光模式工作。
[0046]
进一步的，当采用两个itof 3d传感器时，还可以设定两个传感器的工作方式：同时/同步工作或分时/异步工作。其中，同步工作有利于提高避障和slam导航的实时性；异步工作，可以降低对整个扫地机深度计算系统的要求，有利于降低扫地机系统的开发难度和成本。
[0047]
步骤a300：融合所述短曝光数据和长曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；
[0048]
步骤a400：基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航。
[0049]
具体的，tof传感器直接输出被测物体的三维数据，也就是说获得的短曝光数据和长曝光数据为三维数据，具体为三维图像数据。其中，短曝光数据为近距物体的三维数据，长曝光数据为远距物体的三维数据。对短曝光数据和长曝光数据分别进行相位解调和深度计算，就可以获得深度数据；再将所有的深度数据根据时间和空间同步方法融合获得第一点云数据。根据该点云数据计算室内空间中各物体与扫地机之间的距离，进行定位与地图构建，从而控制扫地机移动以实现避障和导航。
[0050]
其中，相位解调和深度计算为光信号常用处理方法，主要用于在tof传感器发射一特定波段的光波后，在被测目标的表面发生反射，被tof传感器所接收，根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测目标的深度信息。
[0051]
时间同步为tof传感器独立采集的数据加上时间戳信息，确保所有tof传感器时间戳同步。空间同步为将不同tof传感器坐标系下的数据转换到同一坐标系下(如扫地机坐标系)。将所有的深度数据做了时间和空间同步后，根据多传感器融合理论，将所有的深度数据融合，就可以获得第一点云数据。
[0052]
本实施例采用长短曝光时长间隔曝光的方式，可以提高采集的每一帧图像数据的相位信号质量，同时数据的信噪比最高。
[0053]
否则，若获取的tof传感器位于扫地机的后端或侧端时，则控制tof传感器采用自动曝光模式获取点云数据用于构建slam，具体步骤如下：
[0054]
步骤b200：基于预设的自动曝光模式，获得tof传感器的自动曝光数据；
[0055]
具体的，若tof传感器位于扫地机的左侧、右侧或者后端，tof传感器的数据主要用于构建slam，以用于扫地机导航，因此将这些tof传感器设置为自动曝光模式。
[0056]
进一步的，若在扫地机上安装了多个tof传感器时，除了位于前端的tof传感器，其余多个tof传感器均设置为自动曝光模式。为了提高扫地机的处理器算力和计算效率，以异步方式获取这些被配置为自动曝光模式的tof传感器的曝光数据；然后根据空间同步方法融合所有的曝光数据就可以获得自动曝光数据。
[0057]
步骤b300：基于自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；
[0058]
步骤b400：基于第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。
[0059]
具体的，自动曝光数据为远距物体的三维数据。然后对自动曝光数据进行相位解调和深度计算，获得深度数据；再根据深度数据和tof传感器的位姿数据，根据内外参矩阵
变换公式进行坐标转换就可以获得第二点云数据。根据点云数据计算室内空间中各物体与扫地机之间的距离，并进行地图构建，从而控制扫地机移动以实现导航。其中，相位解调和深度计算请参见步骤a400中的相关描述。
[0060]
由上所述，通过判断tof传感器是否位于扫地机的前端，若在前端，则按照混合曝光模式，获得不同曝光时长的数据以形成用于避障和导航的点云数据，否则，按照自动曝光模式，获取用于导航的点云数据。因此，只需处理tof传感器数据，通过设置tof传感器不同的曝光模式就可以实现避障和导航，降低研发难度，也能提高数据处理速度和扫地机工作效率。
[0061]
由于扫地机的高度比较低，tof传感器优选采用非对称的光源。即降低垂直方向靠近地面的激光能量，增强远离地面的激光能量。不仅有利于减弱地面散射信号对tof传感器探测深度的影响，而且可以提高远距探测的信噪比，拓展tof传感器的探测距离，有利于提高远距slam的可靠性。
[0062]
由于tof相机的成像原理的特性以及测量环境的复杂性，其获取目标对象的深度信息会存在一定的不完整性，从而最终会影响tof相机的应用。具体表现为，tof相机会出现过曝现象，导致数据产生异常。如对于离相机较近的物体、高反射率物体或检测地面的阳光，都容易使得tof相机产生过曝现象。
[0063]
因此在一些实施例中，如图3所示，步骤a200还具体包括如下步骤：
[0064]
步骤a210：根据过曝识别方法，对长曝光数据进行判断；
[0065]
具体的，由于长曝光时长下容易产生过曝现象，因此需要根据过曝识别方法来对长曝光数据进行判断。
[0066]
由于tof传感器获得的曝光数据是一帧三维图像数据，因此过曝识别方法可以采用本领域的常规图像过曝识别手段，如将图像转化为灰度图，并将该灰度图划分为多个测光单元；判断每个测光单元中灰度值介于预设数值和255之间的像素点的个数是否大于预设阈值；当大于预设阈值时，判断该测光单元是否位于红外补光区域且该红外补光区域存在运动物体，当满足上述两个条件时，判定该测光单元存在过曝现象。
[0067]
步骤a220：若长曝光数据过曝，基于短曝光数据修正长曝光数据。
[0068]
具体的，当长曝光数据中检测到过曝现象时，根据同一个曝光周期中的短曝光数据来对长曝光数据进行修正。
[0069]
本实施例中，使用50us和300us的混合曝光模式。如果长曝光数据正常，则直接使用300us的相位数据与50us的相位数据进行融合计算。如果长曝光数据中检测到过曝现象，根据过曝判断结果，获取长曝光数据中过爆数据的所有位置形成位置集；然后依次获取位置集中的每一个位置，将该位置对应的短曝光数据中的数据替换该位置对应的长曝光数据中的数据。即300us相位数据中过曝的像素数据用50us的相位数据代替。
[0070]
由上所述，通过简单的数据替换，可以修正过曝的数据，提高每一帧采集的相位信号质量，使得融合后的深度数据更加准确。
[0071]
虽然依次间隔的混合曝光模式可以最大化相位数据的质量，但是功耗大、帧率也低。当应用场景需要低功耗、高帧率的需求时，在长曝光时长获得的曝光数据正常时，就可以不用获取短曝光时长的曝光数据。因此，在一些实施例中，如图4所示，若长曝光数据正常，还包括以下具体步骤：
[0072]
步骤a230：将长曝光时长设为下一个曝光周期，获得曝光数据；
[0073]
步骤a240：根据过曝识别方法，对所述曝光数据进行判断；
[0074]
步骤a250：若曝光数据正常，基于曝光数据，获得所述第一点云数据；
[0075]
否则，执行步骤a260：将短曝光时长与长曝光时长设为下一个曝光周期。
[0076]
具体的，在本实施例中，采取混合曝光模式获得一个曝光周期的数据后，若判断300us的相位数据没有过曝的像素，则下一个曝光周期可以仅仅采用300us的长曝光时长。若获得的曝光数据仍正常，则直接根据该曝光数据获得第一点云数据，就可以实现避障和导航功能。也就是说，下一个曝光周期减少了获取短曝光时长的曝光数据，降低了数据处理量，提高tof传感器工作效率。
[0077]
若采用300us的长曝光时长获得的曝光数据过曝，则仍采用混合曝光模式，将短曝光时长与长曝光时长设为下一个曝光周期。
[0078]
进一步地，若将长曝光时长设为下一个曝光周期获得的曝光数据仍正常，还可以持续将下一个曝光周期设为长曝光时长，直至获得的曝光数据产生过曝现象。也就是说，若长曝光时长获得的曝光数据一直正常，则一直使用长曝光时长作为下一个曝光周期，否则，采用混合曝光模式，使得进一步减低扫地机的功耗，提高处理速度。
[0079]
需要说明的是，虽然图2显示短曝光时长显示在长曝光时长之前，但是并不限定长曝光数据和短曝光数据的处理顺序，也可以先处理获得的长曝光数据，若长曝光数据正常，就可以不用短曝光数据，节省数据处理的时间。甚至于若tof传感器使用两个激光发射器，则可以让短曝光时长对应的激光发射器暂停工作。
[0080]
由上所述，根据每一帧的300us相位数据判断是否存在过曝的像素，若存在则采用混合曝光模式，若没有，则下一个曝光周期继续采用300us的长时长曝光。可以最大程度的降低功耗、提高帧率，降低运动伪影的现象。
[0081]
示例性设备
[0082]
如图5所示，对应于上述基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，本发明实施例还提供一种基于tof传感器的扫地机避障和导航装置，上述装置包括：
[0083]
方位获取模块600，用于基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；
[0084]
曝光数据获取模块610，用于基于预设的混合曝光模式，获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据；或者，基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；
[0085]
点云数据获取模块620，用于融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；或者，基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；
[0086]
控制模块630，用于基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；或者，基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。
[0087]
具体的，本实施例中，上述基于tof传感器的扫地机避障和导航装置的各模块的具体功能可以参照上述基于tof传感器的扫地机避障和导航方法中的对应描述，在此不再赘述。
[0088]
在一个实施例中，提供了一种扫地机，上述扫地机包括存储器、处理器以及多个间
隔设置在扫地机侧面的tof传感器，上述存储器上存储有可在上述处理器上运行的扫地机避障和导航程序，扫地机执行上述避障和导航程序时执行以下操作指令：
[0089]
基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；
[0090]
当tof传感器位于扫地机的前端，
[0091]
基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，所述第一曝光时长小于所述第二曝光时长，所述第一曝光时长与所述第二曝光时长形成一个曝光周期；
[0092]
融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；
[0093]
基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；
[0094]
当tof传感器位于扫地机的后端或侧端，
[0095]
基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；
[0096]
基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；
[0097]
基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。
[0098]
可选的，将多个所述tof传感器设置为自动曝光模式，所述基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据，包括：
[0099]
以异步方式获取被配置为自动曝光模式的tof传感器的曝光数据；
[0100]
根据空间同步方法，融合所有的所述曝光数据获得所述自动曝光数据。
[0101]
可选的，所述基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，还包括：
[0102]
根据过曝识别方法，对所述第二曝光数据进行判断；
[0103]
当所述第二曝光数据过曝，基于所述第一曝光数据修正所述第二曝光数据。
[0104]
可选的，基于所述第一曝光数据修正所述第二曝光数据，包括：
[0105]
依次获取所述第二曝光数据中过曝数据的每一个位置，将所述第一曝光数据中与所述位置对应的数据替换所述第二曝光数据中与所述位置对应的数据。
[0106]
可选的，当所述第二曝光数据正常，还包括：
[0107]
将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，获得曝光数据；
[0108]
根据过曝识别方法，对所述曝光数据进行判断；
[0109]
当所述曝光数据正常，基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据；
[0110]
当所述曝光数据过曝，将所述第一曝光时长与所述第二曝光时长设为下一个曝光周期。
[0111]
可选的，所述基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据后，还包括：
[0112]
持续将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，直至所述曝光数据过曝。
[0113]
可选的，所述融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据，包括：
[0114]
对所述第一曝光数据和第二曝光数据分别进行相位解调和深度计算，获得深度数据；
[0115]
根据时间和空间同步方法，融合所有的所述深度数据获得所述第一点云数据。
[0116]
在一些实施例中，为了降低成本，也可以在扫地机上采用单个itof 3d传感器，安
装在扫地机的前端。由于itof 3d传感器固定在扫地机中，所以可以借助扫地机本身的旋转机构来实现360
°
的室内数据的采集，从而用于slam的需求。
[0117]
在一些实施例中，还可以在扫地上沿周向间隔安装三个itof 3d传感器，并且每个itof 3d传感器的水平fov≥120
°
，其中一个安装在扫地机上朝向运行方向一端。通过三个水平fov≥120
°
的itof 3d传感器的拼接，实现实时的360
°
空间点云数据采集。并且即使安装三个itof 3d传感器，相对于现有的扫地机，整体高度仍然较低并且扫地机的空间较小、结构紧凑。
[0118]
进一步的，为了降低靠近地面的激光能量，安装时，itof 3d传感器的光轴可以向上倾斜，具体的倾斜角度由扫地机最近工作距离、fov和传感器中心的安装高度来决定。向上倾斜的最大角度需要满足扫地机的最近工作距离，避免近距出现“盲区”，无法探测到近距的障碍物。
[0119]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有基于tof传感器的扫地机避障和导航程序，上述基于tof传感器的扫地机避障和导航程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的任意一种基于tof传感器的扫地机避障和导航方法的步骤。
[0120]
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0121]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0122]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0123]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0124]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
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以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，所述扫地机包括至少两个tof传感器，其特征在于，包括：基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；当tof传感器位于扫地机的前端，基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，所述第一曝光时长小于所述第二曝光时长，所述第一曝光时长与所述第二曝光时长形成一个曝光周期；融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；当tof传感器位于扫地机的后端或侧端，基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。2.如权利要求1所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，将多个所述tof传感器设置为自动曝光模式，所述基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据，包括：以异步方式获取被配置为自动曝光模式的tof传感器的曝光数据；根据空间同步方法，融合所有的所述曝光数据获得所述自动曝光数据。3.如权利要求1所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，所述基于预设的混合曝光模式，分别获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据，还包括：根据过曝识别方法，对所述第二曝光数据进行判断；当所述第二曝光数据过曝，基于所述第一曝光数据修正所述第二曝光数据。4.如权利要求3所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，基于所述第一曝光数据修正所述第二曝光数据，包括：依次获取所述第二曝光数据中过曝数据的每一个位置，将所述第一曝光数据中与所述位置对应的数据替换所述第二曝光数据中与所述位置对应的数据。5.如权利要求3所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，当所述第二曝光数据正常，还包括：将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，获得曝光数据；根据过曝识别方法，对所述曝光数据进行判断；当所述曝光数据正常，基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据；当所述曝光数据过曝，将所述第一曝光时长与所述第二曝光时长设为下一个曝光周期。6.如权利要求5所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，所述基于所述曝光数据，获得所述第一点云数据后，还包括：持续将所述第二曝光时长设为下一个曝光周期，直至所述曝光数据过曝。7.如权利要求1所述的基于tof传感器的扫地机避障和导航方法，其特征在于，所述融
合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据，包括：对所述第一曝光数据和第二曝光数据分别进行相位解调和深度计算，获得深度数据；根据时间和空间同步方法，融合所有的所述深度数据获得所述第一点云数据。8.基于tof传感器的扫地机避障和导航装置，其特征在于，所述装置包括：方位获取模块，用于基于扫地机的行进方向，获得tof传感器位于扫地机上的方位；曝光数据获取模块，用于基于预设的混合曝光模式，获得所述tof传感器在第一曝光时长下的第一曝光数据和第二曝光时长下的第二曝光数据；或者，基于预设的自动曝光模式，获得所述tof传感器的自动曝光数据；点云数据获取模块，用于融合所述第一曝光数据和第二曝光数据，获得反映近距空间和远距空间的第一点云数据；或者，基于所述自动曝光数据，获得反映远距空间的第二点云数据；控制模块，用于基于所述第一点云数据，控制扫地机移动以实现避障和导航；或者，基于所述第二点云数据，控制扫地机移动以实现导航。9.扫地机，其特征在于，包括存储器、处理器以及多个间隔设置在扫地机侧面的tof传感器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的扫地机避障和导航程序，所述扫地机执行所述避障和导航程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于tof传感器的避障和导航方法。10.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于tof传感器的扫地机避障和导航程序，所述基于tof传感器的扫地机避障和导航程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述基于tof传感器的扫地机避障和导航方法的步骤。
技术总结本发明公开了一种基于TOF传感器的扫地机避障和导航方法、装置及存储介质，上述方法包括：判断TOF传感器是否位于扫地机的前端，若在前端，则按照混合曝光模式，获得不同曝光时长的数据以形成用于避障和导航的点云数据，否则，按照自动曝光模式，获取用于导航的点云数据。因此只需处理TOF传感器数据，通过设置TOF传感器不同的曝光模式就可以实现避障和导航，降低研发难度，提高数据处理速度和扫地机工作效率。效率。效率。
技术研发人员：孙瑞 向绍成 王瑶 周宇 刘欣
受保护的技术使用者：奥比中光科技集团股份有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
