[发明专利]基于两位置深度图像识别的饮水机控制装置及其控制方法

权利要求书

1.基于两位置深度图像识别的饮水机控制方法，特征在于包括如下步骤：

S1.建立目标区域的背景模型：目标区域没有杯子或其他外来物体,控制及信息储存/处理单元（3）通过第一图像获取单元（1）和第二图像获取单元（2）分别获得目标区域的多帧背景深度图像并加以处理，将背景深度图像转换为背景点云图像；根据已知的标志点和出水口的位置三维坐标信息以及二图像获取单元的参数，建立目标区域的背景模型，控制及信息储存/处理单元（3）存储该背景模型；

S2.提取目标区域前景深度图像：目标区域放置杯子，饮水机出水口没有出水的情况下，控制及信息储存/处理单元（3）通过第一图像获取单元（1）和第二图像获取单元（2）分别获得多帧目标区域的实时第一深度图像和第二深度图像，对第一深度图像和第二深度图像进行噪声阈值处理、平滑处理等，进行前景和背景分割，选择有效算法提取前景轮廓，即杯子的轮廓，并且提取杯子的特征点，通过第一深度图像获得杯子在xy平面上投影诸如最左像素点、最右像素点、最前像素点、最后像素点等特征点的三维坐标等杯子在xy平面上的位置信息；通过第二深度图像获得杯子的最高像素点的三维坐标信息，即获得了杯子的高度信息；

S3. 判断杯子是否对准饮水机出水口：根据已经建立的目标区域的背景模型及出水口在三维坐标系中的位置参数，以及杯子第一深度图像在xy平面上投影前后、左右对称具有明显的几何中心的特性，控制及信息储存/处理单元（3）判断饮水机出水口在xy平面上投影是否落在杯子在xy平面上投影内部，并且计算出水口在xy平面上投影和杯子在xy平面上投影几何中心之间的位置关系和距离，即和该几何中心的对准程度，据此对准程度，设定在不同的特定杯中水位高度关闭饮水机出水，给杯子注入特定量的水；

S4.饮水机向杯子里注水：通过以上步骤，所述控制及信息储存/处理单元（3）确定出水口在xy平面上投影落在杯子口沿内部，即饮水机出水口对准了杯子的口沿，控制及信息储存/处理单元（3）发出指令：开启饮水机出水口水流，向杯子里注水；

S5.杯子中注入的水位高度实时检测：在饮水机向杯子里注水过程中，控制及信息储存/处理单元（3）控制第一图像获取单元（1）中深度相机和第二图像获取单元（2）中深度相机以每秒一定帧数的速度实时分别获得第一深度图像和第二深度图像，提取其中杯子中水面的实时高度信息，其中：对于不透明的杯子，杯子中水面的实时高度信息从第一深度图像中提取，对于透明的杯子，杯子中水面的实时高度信息从第二深度图像中提取，或者从第一深度图像和第二深度图像中同时分别提取，取高度大的值为水面高度值；控制及信息储存/处理单元（3）处理、分析、计算杯子中水位平面的深度图像过程包括：通过有效的算法滤除饮水机出水口流下的水流带来的噪声，以及剔除水流落下溅起的水花和水蒸气带来的噪声等干扰因素；

S6.完成用杯子取水过程：当控制及信息储存/处理单元（3）通过对实时第一深度图像和第二深度图像的处理、分析，计算出杯子中的水位到达预设定的特定水位高度时，控制及信息储存/处理单元（3）发出指令：关闭饮水机出水，停止向杯子中注水，停止拍摄深度图像；

S7.更新目标区域的背景模型：取水者从目标区域移走杯子后，一定时间内，没有物体或杯子再次进入目标区域，控制及信息储存/处理单元（3）启动第一图像获取单元（1）和第二图像获取单元（2）中深度相机获得多帧目标区域的第一深度图像和第二深度图像，对目标区域再次建立更新的背景模型，并用该新建立的更新背景模型替代控制及信息储存/处理单元（3）中存储的原有背景模型，作为下次取水的S1步骤：建立目标区域的背景模型。

2.根据权利要求1所述的基于两位置深度图像识别的饮水机控制方法，其特征在于：第一图像获取单元（1）和第二图像获取单元（2）采用RGB-D相机同时获得深度图像和彩色图像，对彩色图像和深度图像进行配准，建立彩色图像像素点和深度图像深度信息之间的对应关系，从而得出彩色图像的像素位置和深度图像变换模型；

彩色图像和深度图像的配准方法包括采用基于特征点匹配的配准，其中用尺度不变特征变换算法(SIFT)或者其他相关的特征点算法来检测RGB-D相机同步获得的彩色图像和深度图像的特征点，并对上述图像的特征点进行匹配；用随机一致性算法(RANSAC)或者其他算法去除上述图像错误的匹配点对，得到正确匹配的特征点对；根据正确匹配的特征点对的位置和深度信息，得到它们之间的对应关系，计算出这两帧图像之间的像素位置和深度变换模型，从而获得更高分辨率的配准后深度图像。