(57)【要約】  移動ロボットは、カメラ及び照明システムを備える視覚システムであって、照明システムが移動ロボットを囲む領域に所定照明レベルを提供するように構成された複数の光源を備える、視覚システムと、照明システムを制御するための制御システムと、を備える。  制御システムは、カメラで捕捉した画像、画像を捕捉した時点におけるカメラの露光時間、及び、ロボット回転情報、に基づいて、複数の光源により提供された照明のレベルを調整する。
2021525429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ロボットであって、
カメラ及び照明システムを備える視覚システムであって、前記照明システムが、当該移動ロボットを囲む領域に所定照明レベルを提供するように構成された複数の光源を備える、視覚システムと、
前記照明システムを制御するための制御システムと、
を備え、
前記制御システムが、
前記カメラで捕捉した画像、
前記画像を捕捉した時点における前記カメラの露光時間、及び、
ロボット回転情報、
に基づいて、複数の前記光源により提供された照明のレベルを調整することを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記制御システムが、前記カメラの前記露光時間を閾値露光時間と比較し、
所定期間にわたって前記露光時間が閾値露光時間未満であった場合、前記制御システムが、複数の前記光源への電力を低減することを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記閾値露光時間が、０．０５秒以上０．３秒以下であることを特徴とする請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記閾値露光時間が、０．１５秒であることを特徴とする請求項２または３に記載の移動ロボット。
【請求項５】
前記所定期間が、１秒以上５秒以下であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項６】
前記所定期間が、３秒であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記制御システムが、前記画像を複数の画像セグメントに分割することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項８】
画像セグメントの数が、複数の前記光源における光源の数に対応することを特徴とする請求項３に記載の移動ロボット。
【請求項９】
前記制御システムが、複数の前記画像セグメントそれぞれの平均輝度を算出することを特徴とする請求項７または８に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
前記平均輝度が、前記セグメントにおける中央平均ピクセル強度を用いて算出されることを特徴とする請求項９に記載の移動ロボット。
【請求項１１】
前記制御システムが、前記画像セグメントそれぞれに関して算出した平均輝度を上側及び下側輝度閾値と比較し、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記下側輝度閾値よりも下である場合、前記制御システムが、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する前記領域を照明できる１以上の前記光源への電力を増加させるように指示する、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記上側輝度閾値よりも上である場合、前記制御システムが、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する前記領域を照明できる１以上の前記光源への電力を減少させるように指示する、または、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記上側及び前記下側輝度閾値間である場合、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する前記領域を照明できる１以上の前記光源への電力を変更しないことを特徴とする請求項９または１０に記載の移動ロボット。
【請求項１２】
前記制御システムが複数の前記光源のうち１以上への電力を増加させるまたは減少させるように指示すると、当該画像セグメントに関する光変化要求値を増分させ、制御システムが、新たな前記光変化要求値を所定要求値閾値と比較することを特徴とする請求項１１に記載の移動ロボット。
【請求項１３】
前記制御システムが、複数の前記光源のための電力レベルを当該移動ロボットの回転方向とは反対の方向に位置変更することによって、ロボット回転情報に基づいて複数の前記光源により提供される前記照明レベルを調整することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１４】
当該移動ロボットが、ジャイロドメトリシステムをさらに備え、
前記回転情報が、前記ジャイロドメトリシステムによって前記制御システムに提供されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１５】
前記ジャイロドメトリシステムが、慣性測定ユニット（ＩＭＵ)及びオドメータのうちの一方または双方を備えることを特徴とする請求項１４に記載の移動ロボット。
【請求項１６】
当該移動ロボットが動作している際、前記制御システムが、前記カメラで捕捉された画像それぞれに関して、複数の前記光源によって提供される前記照明レベルを繰返し調整することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１７】
移動ロボットにある複数の光源によって提供される照明レベルを制御する方法であって、
ビークルにあるカメラで捕捉した画像、
前記画像を捕捉した時点の前記カメラの露光時間、及び、
ロボット回転情報、
に基づいて、複数の前記光源によって提供される前記照明レベルを調整することを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記カメラの前記露光時間を閾値露光時間と比較するステップと、
所定期間にわたって前記露光時間が前記閾値露光時間未満である場合に、複数の前記光源への電力を減少させるステップと、
を備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記画像を複数の画像セグメントに分割するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の前記画像セグメントそれぞれに関する平均輝度を算出するステップを備えることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記画像セグメントそれぞれに関して前記算出した平均輝度を上側及び下側輝度閾値と比較するステップと、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記下側輝度閾値よりも下である場合、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の前記光源への電力を増加させるステップ、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記上側輝度閾値よりも上である場合、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の前記光源への電力を減少させるステップ、または、
特定の前記画像セグメントに関して前記算出した平均輝度が前記上側及び前記下側平均輝度閾値間にある場合、複数の前記光源のうち当該画像セグメントに対応する領域に照明できる１以上の前記光源への電力に変化をなさないステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数の前記光源のうちの１以上への電力を増加させるまたは減少させるステップが、当該画像セグメントに対する光変化要求値を増分させるステップと、新たな前記光変化要求値を所定要求値閾値と比較するステップと、を備えることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
複数の前記光源に関する電力レベルを前記移動ロボットの回転方向とは反対の方向に位置変更することによって、前記ロボット回転情報に基づいて、複数の前記光源によって提供される前記照明レベルを調整するステップを備えることを特徴とする請求項１７から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記移動ロボットのジャイロドメトリシステムから前記ロボット回転情報を取り出すステップを備えることを特徴とする請求項１７から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記カメラで捕捉した前記画像それぞれに関して複数の前記光源によって提供された前記照明レベルを繰返し調整するステップを備えることを特徴とする請求項１７から２４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボットと、移動ロボットにある複数の光源によって提供される照明レベルを制御する方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空掃除ロボットのような移動ロボットは、視覚システムをますます採用して移動ロボットをナビゲートしたり移動ロボットの周辺環境を把握したりすることを補助する。視覚システムを用いることは、ロボットが位置している周辺環境をロボットがより良好に理解することを可能とすることや構造化航行経路を可能とすることのような多くの利点を有する。しかしながら、視覚システムを使用することの１つの欠点は、光が少ない状態で視覚システムが良好に機能しないこと、である。結果として、視覚システムを使用する移動ロボットは、しばしば、視覚システムで捕捉した画像の品質を改善するために、照明システム、すなわちヘッドライトを必要とする。
【０００３】
照明システムを有するロボットの一例は、特許文献１に説明されている。この例において、移動ロボットは、ロボットの側部にあるハンドル内に位置付けられた光源を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第２５２９８４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
移動ロボットのための視覚システムの様々な利点に起因して、視覚システム及び照明システムへの改善は、移動ロボット用途のために常に追求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、移動ロボットを提供し、この移動ロボットは、カメラ及び照明システムを備える視覚システムであって、照明システムが、移動ロボットを囲む領域に所定照明レベルを提供するように構成された複数の光源を備える、視覚システムと、照明システムを制御するための制御システムと、を備える。制御システムは、カメラで捕捉した画像、画像を捕捉した時点におけるカメラの露光時間、及び、ロボット回転情報、に基づいて、複数の光源により提供された照明のレベルを調整する。
【０００７】
その結果、移動ロボットは、移動ロボットの環境へ動的照明を提供し、照明が必要な領域のみを照明してカメラからの画像品質を改善し、また、光を迅速に位置変更させてロボットの回転を相殺できる。
【０００８】
制御システムは、カメラの露光時間を閾値露光時間と比較し得、所定期間にわたって露光時間が閾値露光時間未満であった場合、制御システムは、複数の光源への電力を低減する。その結果、露光時間が閾値を越えたときにのみ作動する。これは、通常の点灯状態の下、照明システムが主としてオフのままであり、ロボットの走行時間を低減する不必要な電力消費を防止する。
【０００９】
閾値露光時間は、０．０５秒から０．３秒であり得、０．１５秒であり得る。所定期間は、１秒から５秒であり得、３秒であり得る。これらパラメータは、絶対的に必要な照明を提供することと可能な限りバッテリ時間を節約することとの間の最適なバランスを提供する特に有益であることを見出した。
【００１０】
制御システムは、画像を複数の画像セグメントに分割し得る。その結果、画像の様々な領域を別個に処理し得、ロボットの周囲の環境における様々な領域内で独立して照明を制御することが可能となる。
【００１１】
画像セグメントの数は、複数の光源における光源の数に対応する。このようにして、光源それぞれは、特定のセグメントを照明できると容易に考えられ得、特有のセグメントに関して照明を調整することを簡素化する。
【００１２】
制御システムは、複数の画像セグメントそれぞれに関する平均輝度を算出し得、平均輝度は、セグメントにおける中央平均ピクセル強度を用いて算出され得る。
【００１３】
制御システムは、画像セグメントそれぞれに関して算出した平均輝度を上側及び下側輝度閾値と比較し得る。特有の画像セグメントに関して算出した平均輝度が下側輝度閾値より下である場合、制御システムは、複数の光源のうちその画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力を増加させる指示をし得る。特有の画像セグメントに関して算出した平均輝度が上側輝度閾値より上である場合、制御システムは、複数の光源のうちその画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力を減少させる指示をし得る。特有の画像セグメントに関して算出した平均輝度が上側及び下側輝度閾値間にある場合、複数の光源のうちその画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力に変化をなさない。
【００１４】
制御システムが複数の光源のうちの１以上への電力を増減させるように指示すると、その画像セグメントに関する光変化要求値を増分し得、制御システムは、新たな光変化要求値を所定の要求値閾値と比較し得る。その結果、照明レベルにおける変化間の移行は、滑らかになる。また、照明変化を付与する前に、若干の遅延を導入し、したがって、光は、揺れない。
【００１５】
制御システムは、ロボット回転情報に基づいて、複数の光源に関する電力レベルをロボットの回転方向とは反対の方向に位置変更させることによって、複数の光源が供給する照明レベルを調整し得る。これは、移動ロボットの回転を考慮して迅速になし得る簡素ではあるが効果的な調整を提供する。
【００１６】
回転情報は、ジャイロドメトリシステムによって制御システムに提供され得る。ジャイロドメトリシステムは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）及びオドメータのうちの一方または双方を備え得る。
【００１７】
移動ロボットが動作している際、制御システムは、カメラが捕捉した画像それぞれに関して複数の光源が提供する照明レベルを繰返し調整し得る。その結果、照明システムが提供した照明は、ロボットが環境をナビゲートする際に遭遇する周囲照明における変化を迅速に相殺して解決するようになされ得る。
【００１８】
本発明の第２態様は、移動ロボットにある複数の光源が提供する照明レベルを制御する方法を提供し、この方法は、複数の光源が提供する照明レベルを、ビークルにあるカメラが捕捉する画像、画像を捕捉した時点におけるカメラの露光時間、及び、ロボット回転情報、に基づいて、調整するステップを備える。
【００１９】
その結果、移動ロボットが移動ロボットの環境へ提供する照明は、動的であり得、照明がカメラからの画像の品質を改善するために必要である領域のみを照明し、また、光を迅速に位置変更させてロボットの回転を相殺できる。
【００２０】
方法は、カメラの露光時間を閾値露光時間と比較するステップと、所定期間にわたって露光時間が閾値露光時間未満であった場合、複数の光源への電力を低減するステップと、を備え得る。その結果、照明は、露光時間が閾値を越えたときにのみ作動される。これは、通常の点灯条件の下、照明システムが主としてオフのままであり、ロボットの走行時間を低減する不必要な電力消費を防止する。
【００２１】
方法は、画像を複数の画像セグメントに分割するステップをさらに備え得る。その結果、画像の様々な領域は、別個に処理され得、ロボットの周囲にある環境の様々な領域内で、複数の光源が提供する照明を個別に制御することを可能とする。
【００２２】
方法は、複数の画像セグメントそれぞれに関して平均輝度を算出するステップをさらに備え得る。
【００２３】
方法は、画像セグメントそれぞれに関する算出平均輝度を上側及び下側輝度閾値と比較するステップをさらに備え得る。特有の画像セグメントに関して算出平均輝度が下側輝度閾値よりも下である場合、方法は、複数の光源のうちその画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力を増加させるステップを備え得る。特有の画像セグメントに関して算出平均輝度が上側輝度閾値より上である場合、方法は、複数の光源のうちそのセグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力を減少させるステップを備え得る。特有の画像セグメントに関して算出平均輝度が上側及び下側輝度閾値間にある場合、方法は、複数の光源のうちその画像セグメントに対応する領域を照明できる１以上の光源への電力への変化をしないステップを備え得る。
【００２４】
複数の光源のうちの１以上への電力を増減させるステップは、その画像セグメントに関する光変化要求値を増分させるステップと、新たな光変化要求値を所定の要求値閾値と比較するステップと、を備え得る。その結果、照明レベルにおける変化間の移行が滑らかになる。また、照明変化を付与する前に若干の遅延を導入し、したがって、光は、揺れない。
【００２５】
方法は、ロボット回転情報に基づいて、複数の光源に関する電力レベルを移動ロボットの回転方向とは反対側の方向で位置変更させることによって、複数の光源が提供する照明レベルを調整するステップを備え得る。これにより、移動ロボットの回転を考慮して迅速になし得る簡素ではあるが効果的な調整を提供する。
【００２６】
方法は、移動ロボットのジャイロドメトリシステムからロボット回転情報を読み出すステップを備え得る。
【００２７】
方法は、カメラが捕捉する画像それぞれに関して複数の光源が提供する照明レベルを繰返し調整するステップを備え得る。その結果、照明は、ロボットが環境をナビゲートする際に遭遇する周囲照明における変化を迅速に相殺して解決するようになされ得る。
【００２８】
本発明をより迅速に理解し得るために、以下の添付の図面を参照しながら、例として、本発明の実施形態をここで説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】移動ロボットを示す図である。
【図２】図１の移動ロボットの視覚システムを示す分解図である。
【図３】図２の視覚システムを有する図１の移動ロボットの一部を通る横断面図である。
【図４】視覚システムのためのレンズモジュールを通る横断面図である。
【図５】図２及び図３の視覚システムの一部を通る横断面図である。
【図６】図２及び図３の視覚システムから視覚システムを示す図である。
【図７Ａ】図２及び図３の視覚システムによって捕捉された球状イメージを示す図である。
【図７Ｂ】巻き解いた後の図７Ａの画像を示す図である。
【図８】ＰＣＢに装着されたセンサマウントを示す図である。
【図９】図８のセンサマウントを示す下面図である。
【図１０】図９のセンサマウントを通る横断面図である。
【図１１】移動ロボットを示す概略図である。
【図１２】移動ロボットのための照明アルゴリズムの入力及び出力を示すフローダイアグラムである。
【図１３】図１２の照明アルゴリズムにおけるステップを示すフローダイアグラムである。
【図１４】図１３の照明ダイアグラムの一部における別のステップを示すフローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、主本体２及び分離機器４を備えるロボット真空掃除機１を示す。主本体２は、連続タンクトラックの形態にある牽引ユニット５と、掃除機ヘッド６と、を備えており、この掃除機ヘッドは、ブラシバーを収容し、この掃除機ヘッドを通して、空気をロボット真空掃除機１内に引きこみ、分離機器４内に通す。いったん分離機器４において空気を塵埃から清浄化したら、空気は、分離機器２１から出て、気流を発生させるモータ及びファンを収容する主本体２を通過する。そして、空気は、排気口を通してロボット１から排出される。視覚システム８は、移動ロボット１の主本体２の頂面３から突出する。視覚システム８は、カメラ１２及び照明システム１４を備える。カメラ１２は、ロボット１を囲む周辺環境の３６０°視覚を捕捉できる全方位カメラである。カメラ１２は、例えば、魚眼レンズカメラまたはパノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラであり得る。
【００３１】
ロボット１は、ロボット１のソフトウエア及び電子機器に統合された制御システムを備え、この制御システムは、同時の自己位置推定及び環境地図作成（ＳＬＡＭ）技術を使用して視覚システム８で捕捉した画像を処理することができ、局所的な周辺環境を理解し、解釈して自動的にナビゲートすることを可能とする。制御システムは、同様に、衝突センサのようにロボット１に設けられた複数の他のセンサから収集された情報を使用し、同様に、位置検知デバイス（ＰＳＤ）及び／または飛行時間（ＴｏＦ）センサのような複数の位置センサを備える。ＰＳＤ及び／またはＴｏＰは、分離機器４の側面に位置するセンサポッド内に収容されている。センサポッドには、透光性カバーが設けられており、この透光性カバーを通して、ＰＳＤ及びＴｏＦセンサは、赤外線（ＩＲ）光のような光を放出したり受けたりすることができる。センサポッド１０は、アレイ状のセンサを収容しており、これらセンサは、様々な方向に向けられており、それにより、障害物は、ロボットの前方だけでなく側方に向けても検出され得る。しばしば崖センサと称される下方を向くセンサは、同様に、床面における降下を検出し得、それにより、ロボットは、ロボットが階段のような降下を進行する前にロボットが停止するかつ／またはロボットの進行方向を調整することができる。いくつかのロボットは、物理接触センサのような移動可能な緩衝部分を使用する一方、このロボット１は、衝突センサを有し、この衝突センサは、主本体２における別個のシャーシ部分と本体部分との間の相対移動を検出して障害物との物理的接触を記録する。
【００３２】
図２は、移動ロボット１の視覚システム８の分解図を示す。視覚システムの様々な部品は、符号Ｘが付された破線の軸に沿って軸方向で互いに分離されている。視覚システム８は、カメラ１２及び照明システム１４双方を形成する複数の構成部材を備えており、これらカメラ及び照明システムは、レンズモジュール２０、レンズモジュールホルダ２２、視覚システムマウント２４、画像センサ３１が設けられた印刷回路基板（ＰＣＢ）３０、センサマウント３２、発光ダイオード（ＬＥＤ）２７の形態にある複数の光源が設けられた第２ＰＣＢ２８、及び、透光性カバー３４を有する。レンズモジュール２０は、魚眼レンズモジュールであり、魚眼レンズは、センサマウント３２を用いて画像センサ３１に装着されている。センサマウント３２は、ネジ３３を用いて画像センサ３１を覆うようにＰＣＢ３０に装着されている。センサマウント３２は、レンズモジュール２０と画像センサ３１とを位置合わせする目的で、画像センサ３１とレンズモジュール２０との間に設置された機械構成部材である。画像センサ３１は、カメラで主として使用されるものの１つであり得、例えば、画像センサ３１は、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサであり得る。センサマウント３２に装着される別の実施形態にかかるセンサを図８、図９及び図１０に関して後述する。
【００３３】
８のＬＥＤ２７は、ＰＣＢ２８にある環状に配列されている。ＰＣＢ２８は、穴部を画成し、この穴部を通して、レンズモジュール２０は、ＬＥＤ２７がレンズモジュール２０の周りに環状に配列され得るように延在し得る。もちろん、理解することは、ＬＥＤの数が異なり得ること、及び、視覚システムの照明要件に応じて視覚システムが２以上のＬＥＤ２７を備え得ること、である。ＬＥＤは、電磁スペクトルの可視部分にある光を生成するが、別の実施形態において、例えば赤外光または近赤外光などの他の領域のスペクトルにある光を生成し得る。
【００３４】
視覚システムマウント２４は、組み立て済みの視覚システム８を移動ロボット１に装着するために使用される。視覚システムマウント２４は、８の穴部２６を備えており、これら穴部を通して、８のＬＥＤ２７は、突出し得る。理解することは、穴部２６の数が同様にＬＥＤ２６の数に一致するように変化し得ること、である。視覚システムマウント２４は、複数のフィン２５をさらに備えており、これらフィンは、フィン２５が各対の隣接する穴部２６間に位置するように位置付けられている。これらフィン２５は、ＬＥＤ２７によって生成された光を分割するように機能し、光により指向性を持たせる。視覚システムマウント２４は、マグネシウムのような金属で形成されており、ＬＥＤ２７から熱を引き込むヒートシンクとして機能する。これにより、ＬＥＤが過熱する危険性を低減することによってＬＥＤ２７の寿命を延ばすことを補助し、ＬＥＤ２７からの熱がレンズモジュール２０を損傷させることを停止する。視覚システムマウント２４のヒートシンクとしての効率を増加させるために、ヒートシンク２９は、ヒートシンクマウント２４ａを介して視覚システムマウント２４に固定される。
【００３５】
レンズモジュールホルダ２２は、レンズモジュール２０の周りに嵌っており、レンズモジュール２０を視覚システムマウント２４に装着するように機能する。反射面２３は、フランジの底面に設けられており、このフランジは、レンズモジュールホルダ２２の外面から径方向外方に突出する。この反射面２３は、半放物線状のドーナツ型ミラーであり、ＬＥＤ２７から放射された光を外方へ反射するように機能しており、以下で詳述する。
【００３６】
透光性カバー３４は、開口部３５を画成しており、この開口部を通して、レンズモジュールホルダ２２の頂部及びレンズモジュール２０は、突出し得る。したがって、透光性カバー３４は、視覚システム８のうち照明システム１４部分を覆って保護するが、カメラ１２を露光させて可能な限り最高品質の画像を捕捉する。
【００３７】
図３は、視覚システム８と移動ロボット１の一部とを通る横断面を示す。視覚システム８は、移動ロボット１の頂面３の上方へ部分的に突出する。画像センサ３１は、ロボットの頂面３の下方に位置しており、レンズモジュールは、画像センサ３１の頂面から視覚システム８のまさに頂部まで延在する。一例の魚眼レンズモジュールを通る横断面を図４に示す。複数のレンズ４２、４４、４６、４８は、レンズモジュール４０内に保持されている。図３に示されることは、ＬＥＤ２７が移動ロボットの頂面３の下方に位置していること、であり、これにより、ＬＥＤ及びＰＣＢを損傷することから保護することを補助する。しかしながら、ＬＥＤ２７から放出した光は、透光性カバー３４を通って上方かつ外方に方向付けられ、符号Ｙが付された領域によって示されるように、移動ロボットの周囲の環境を照明する。
【００３８】
図５は、レンズモジュールホルダ２２にある反射面２３がどのような状態で半環形状の放物線状ミラーであるかを示しており、この放物線状ミラーは、ＬＥＤ２７からの光をレンズモジュールから離間する方向に方向付けるように機能する。その結果として、ＬＥＤ２７からの光は、レンズモジュール内に直接進行できず、このような直接進行は、過剰な輝度で視覚システムを効率的に目晦ましする。反射面２３は、フランジの底面に設けられており、このフランジは、レンズモジュールホルダ２２の外側から径方向外方に突出し、フランジは、ＬＥＤ２７を越えて径方向外方に延在し、それにより、ＬＥＤ２７からの光は、上方へ直線的に進行できない。ＬＥＤ２７からの光が上方へ直接進行できる場合、これにより、移動ロボットの上方にある天井に照明が集中した明るい点を引き起こし、この明るい点は、同様に、過剰な輝度で視覚システムを効率的に目晦ましするように機能する。その替わりに、例示的な照明光線Ｕ、Ｖ及びＷは、反射面２３がどのように光を径方向外側へ移動ロボット１の周りの環境へ反射させるかを示す。
【００３９】
その上、図３に示すように、反射面２３が移動ロボットの頂面３の若干上方まで延在しているので、ＬＥＤ２７からの光は、ロボット１の頂面３と平行な水平方向で延在できる。その結果、照明システムは、移動ロボットの側方の領域までも照明できる。
【００４０】
図６は、視覚システムマウント２４と穴部２６それぞれを通って突出するＬＥＤ２７との頂面図を示す。ＬＥＤそれぞれは、特に照明領域Ａ〜Ｈを照明するように機能する光を生成する。例えば、ＬＥＤ２７Ａは、照明領域Ａを照明し、ＬＥＤ２７Ｂは、符号Ｂでラベル付けされた照明領域を照明する、などである。このセグメント化効果は、フィン２５によって強調される。フィン２５の頂部は、視覚システム８を組み立てるとフィンの頂部が反射面の湾曲形状に沿うように形付けられており、そのため、これにより、ＬＥＤの照明領域の外側において特有のＬＥＤからの光の漏洩を低減する。ＬＥＤ２７Ａ〜Ｈそれぞれは、個別に制御可能であり、そのため、照明は、必要に応じてのみ環境の一部に提供され得る。これにより、浪費電力を最小化することを補助し、したがって、製品のバッテリ寿命を延ばす。バッテリ寿命を延ばすことにより、移動ロボットがより長い稼働時間を有すること、及び、充電ステーションに戻って充電することが必要となる前により多くの床面積をカバーすることを可能とする。照明領域Ａ〜Ｈは、共に、移動ロボット１の周りの全３６０°に延在する完全な照明可能領域に達する。
【００４１】
いくつかの実施形態において、ＬＥＤは、制御を簡素化するために共にグループ化され得る。例えば、ＬＥＤ２７Ａ及び２７Ｂは、第１グループであり得、ＬＥＤ２７Ｃ及び２７Ｄは、第２グループであり得、ＬＥＤ２７Ｅ及び２７Ｆは、第３グループであり得、ＬＥＤ２７Ｇ及び２７Ｈは、第４グループであり得る。そして、これらグループは、独立して制御可能であり得る。これにより、ロボットには、８のＬＥＤ２７全てを独立して制御可能である八分円照明制御とは対照的に四分円照明制御が提供される。想定されることは、視覚システム及び移動ロボットの要件に応じて、他のグループ分け及びＬＥＤグループの数を選択し得ること、である。
【００４２】
図７Ａは、視覚システム８で捕捉した球面状画像７０を示す。画像７０は、ＬＥＤ照明領域Ａ〜Ｈに対応する複数のセグメント７２へセグメント化され得る。処理中、球面状画像７０は、矢印ＱおよびＲで示されるように分割されて巻き解かれ、移動ロボット１の周りにある全３６０°視野を示す巻き解いた矩形状画像７４を実現する。そして、球面状画像７０のセグメント７２は、矩形状画像７４のセグメント７６に対応する。ロボット１が動作している間、照明システム１４は、カメラで捕捉した環境のいずれかの領域であって符号Ａ〜Ｈでラベル付けされたセグメントに対応する領域を明るくするために使用され得る。例えば、ロボットが良好に照明された部屋から暗くした部屋へ進行するときのように、ロボットの前方にある領域が暗い場合、前方を向くセグメントＡ及びＢは、画像７０及び７４においてより暗くなる。したがって、ロボットの制御システムは、ＬＥＤ２７Ａ及び２７Ｂへの電力を増加させ得、それにより、これらＬＥＤは、Ａ及びＢセグメントにおいてより多くの照明を提供し、ロボットは、継続できる。照明システムの制御の詳細を図１１から図１４に関連して後述する。
【００４３】
図８は、別の実施形態にかかるセンサマウント８２を示しており、このセンサマウントは、ＰＣＢ８０にある画像センサに装着される。図２に関連して上述したセンサマウント３２は、ネジ３３を用いて画像センサ３１及びＰＣＢ３０に装着されている。ネジは、画像センサ３１及びセンサマウント３２を、ひいてはレンズモジュールを良好な位置合わせで維持することを補助する。しかしながら、図８の別の実施形態において、センサマウント８２を画像センサに装着するためにネジを使用していない。このように、別の実施形態にかかるセンサマウント８２は、受動位置合せ型センサマウント８２と称され得る。受動位置合せ型センサマウント８２には、係合部分８３が設けられており、この係合部分は、レンズまたはレンズモジュールと係合し得る。この実施形態にかかる係合部分８３は、レンズまたはレンズモジュールにある同様のネジ山に従うネジ山が設けられており、それにより、レンズまたはレンズモジュールは、受動位置合せ型センサマウント８２に螺着され得る。
【００４４】
受動位置合わせセンサマウント８２は、画像センサとレンズまたはレンズモジュールとの間に設置された機械構成部材である。上述したセンサマウント３２と同様に、受動位置合わせセンサマウント８２の目的は、レンズまたはレンズモジュールと画像センサとを位置合わせすることであるが、この例において、受動位置合わせセンサマウント８２は、機械的手段によってのみかつ例えばネジを用いてなど外部入力なく画像センサに中心合わせかつ焦点を合わせた画像を形成しなければならない。センサマウント８２は、同様に、焦点合わせに必要な相対移動を可能としなければならない。
【００４５】
図９は、受動位置合わせセンサマウント８２の下面図を示し、図１０は、図９に示す線Ｐ−Ｐを通る受動位置合わせマウントを通る横断面図を示す。Ｘ軸位置合わせは、画像センサの横面に作用する第１変形可能プラスチック素子８４を用いて達成され、これは、画像センサを第１垂直基準面８６に接触させて押す矢印Ｍで示す力を形成し、この第１垂直基準面は、受動位置合わせセンサマウント８２の本体に一体化されている。同様に、Ｙ軸位置合わせは、画像センサの別の横面に作用する第２変形可能プラスチック素子８８を用いて達成される。これは、画像センサを第２垂直基準面８９に接触させて押す矢印Ｎで示す力を形成し、この第２垂直基準面は、同様に、受動位置合わせセンサマウント８２の本体に一体化されている。画像センサを２つの垂直基準面８６、８９に接触させて押すことによって、センサ軸を受動センサ位置合わせマウント８２の軸と位置合わせする。
【００４６】
Ｚ軸に関して、受動位置合わせセンサマウント８２は、画像センサパッケージガラスの頂面に載置されており、この画像センサパッケージガラスの頂面は、画像センサの頂層を形成し、この頂面を第３基準面として使用し、レンズの光軸とガラスの法線ベクトルとを位置合わせすることを可能とし、これら光軸及び法線ベクトルは、レンズの「ピッチ」及び「ヨー」軸に対応する。「ロール」軸は、焦点合わせの目的で回転自在のままである。この組の反応は、レンズ、センサマウント及び画像センサパッケージの製造許容誤差まで最小化した許容誤差での位置合わせを形成する。
【００４７】
上述したように、受動位置合わせセンサマウント８２は、受動的機械手段のみによって、Ｘ及びＹ軸双方で、及びピッチ及びロールにおいて、レンズと画像センサとの位置合わせを可能とする。受動位置合わせセンサマウント８２の別の利点は、第１及び第２変形可能素子の弾性性質に起因して、受動位置合わせセンサマウントが、構成部材のいずれにも損傷を引き起こすことなく画像センサに取り付け可能かつ画像センサから取り外し可能であること、である。
【００４８】
図１１は、一実施形態にかかる移動ロボット１の概略的な図を示す。照明制御アルゴリズムは、移動ロボット１の制御システム９０において実行される。制御システム９０は、プロセッサ９１、画像処理ユニット９２及びナビゲーションユニット９３を備える。制御システムは、移動ロボット１の他のシステムを制御するために図１１に示さない他のユニットを備え得、例えば、制御システムは、真空清掃動作のような移動ロボットが行っているタスクを制御するためのタスク制御ユニットをさらに備え得る。
【００４９】
視覚システム８は、カメラ１２及び照明システム１４を備える。すでに説明したように、カメラ１２は、移動ロボット１を囲む領域の画像を捕捉できる。例えば、カメラ１２は、天井の画像を捕捉するように上方へ方向付けられたカメラ、移動ロボット１の前方進行方向における画像を捕捉するように前方を向くカメラ、ロボット１を囲む領域の３６０°画像を捕捉するパノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラ、または、同様にロボット１を囲む領域の３６０°画像を捕捉できる魚眼レンズカメラであり得る。
【００５０】
照明システム１４は、ロボット１が低照度状態を有する環境にあるときに、または、カメラ１２が捕捉した画像が低コントラストである場合に、カメラ１２が捕捉した画像の品質を改善できる。照明システム１４は、上記図面で示したＬＥＤに対応する複数のＬＥＤ２７Ａ〜Ｈを備えて示されている。ＬＥＤ２７Ａ〜Ｈそれぞれは、ＬＥＤに駆動電力を供給するために使用される対応するＬＥＤ駆動体９４Ａ〜Ｈを有する。ＬＥＤ２７Ａ〜Ｈは、カメラ１２が捕捉した画像の品質を改善するために、カメラのセンサが方向付けられることができる任意の帯域の光を放出する。例えば、ＬＥＤが放出した光は、電磁スペクトルの可視光、近赤外光（ＮＩＲ）または赤外光（ＩＲ）部分であり得る。可視光は、特に照明システムが正確にかつ有効に機能していることをロボットの所有者がより容易に判断できるので、特に有益であることが分かっている。
【００５１】
制御システム９０は、同様に、ロボットの環境内で移動ロボット１の移動を制御することに関与する。視覚システム８が収集した画像および他のデータは、制御システム９０のナビゲーションユニット９３に供給される。ナビゲーションユニット９３は、例えば、同時の自己位置推定及び環境地図作成（ＳＬＡＭ）ユニットであり得る。ＳＬＡＭユニットは、画像を解析し、画像内に示されるロボット１を囲む領域内にある目印となる特性を見出すために使用され得る。目印となる特性は、画像内で容易に検出される高コントラストな特性であり、例えば、テーブルの縁や額縁の角である。画像の解析の一部またはすべては、画像処理ユニット９２で実行され得る。そして、目印特性は、ナビゲーションユニット９３によって使用され、環境内でロボットの位置または姿勢を測量して判断し得る。ナビゲーションユニット９３は、移動ロボット１にある他のセンサから捕捉された画像及びデータからの情報を使用し、ロボット１が使用して環境を解釈してナビゲートする環境のマップを形成し得る。
【００５２】
命令は、制御システム９０から駆動システム９８に送られ、この駆動システムは、ロボット１を移動させる。駆動システム９８は、左手側（ＬＨＳ）牽引ユニット９９Ａ及び右手側（ＲＨＳ）牽引ユニット９９Ｂを備えるとして図１に示されている。牽引ユニット９９Ａ、９９Ｂそれぞれは、独立して制御され、それにより、ロボット１を操縦し得る。例えば、ＲＨＳ牽引ユニット９９ＢをＬＨＳ牽引ユニット９９Ａよりも速く前方方向で駆動させると、ロボットは、ロボットが前方に移動するにしたがって左へ方向転換し、さらなる例として、ＬＨＳ及びＲＨＳ牽引ユニット９９Ａ、９９Ｂそれぞれを同一速度であるが反対方向で駆動すると、ロボット１は、その場で回転する。
【００５３】
移動ロボット１は、同様に、周囲環境及び環境内でのロボットの姿勢についての情報をロボット１に提供するセンサシステム９５を備える。センサシステム９５は、衝突センサ９６及びジャイロドメトリシステム９７を有する。ジャイロドメトリシステム９７は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）９７Ａ及びオドメータ９７Ｂを有する。オドメータ９７Ｂは、駆動システム９８からデータを受信し、（例えば、車輪の回転数を用いて）牽引ユニットによる進行距離の指標を提供する。衝突センサ９６は、障害物との物理的接触をなしたことをロボット１に知らせる。衝突センサ９６からの信号に応じて、ロボットは、例えば、ロボットの位置及び軌道を停止させ得るかつ／または調整し得る。これにより、ロボット１がロボット自身にまたはロボットが接触を形成した障害物に損傷を引き起こすことを防止する。センサシステム９５は、例えばＰＳＤ及び／またはＴｏＦセンサのような１以上の近接センサなど、図１１に示さない他のセンサを備え得る。近接センサは、ロボット１の近傍にある障害物の指標を与えることができる。これにより、ロボット１は、障害物と接触することなく障害物を回避することが可能となる。
【００５４】
照明システムをどのように制御するかについての詳細をここで説明する。
【００５５】
図１２は、移動ロボット１にある照明システム１４を制御するために使用されるアルゴリズム１００の入力及び出力を示すフローダイアグラムである。照明ダイアグラムは、ＬＥＤ制御値１０８、露光時間１０２、カメラ１２からの画像１０４及びロボットの回転１０６に関する情報を提供するために使用される３つの入力を有する。図１２は、照明アルゴリズム１００の出力としての単一ＬＥＤ制御値１０８を示すが、想定されることは、複数のＬＥＤの制御が必要とする場合には、１以上のＬＥＤ制御値１０８を発生させ得ること、である。
【００５６】
照明アルゴリズム１００は、照明システム１４を制御し、ナビゲーションユニット９３が暗い領域で信頼性高く実行することができるバランスの取れた光を提供する。アルゴリズム１００は、カメラ１２が捕捉した単一フレームごとに解析し、照明システム１４から強化した照明を採用する必要性を評価する。アルゴリズムの実行頻度は、カメラ１２が捕捉したフレームの周波数と同じである。
【００５７】
露光時間１０２は、算出されて照明アルゴリズムに送られる。照明システムは、算出した露光時間１０２が所定の閾値を越えたときにのみ作動される。これは、通常の照明条件の下で、照明システムは、主として、オフのままとなっており、ロボットの実行時間を低減する電力の不必要な消費を防止すること、を意味する。露光時間１０２は、露光制御アルゴリズムによって算出されており、露光制御アルゴリズムの詳細は、本発明の範囲外にある。しかしながら、理解されることは、露光値を算出するために使用される計測アルゴリズムのような、露光時間を算出し得る多くの周知の方法があること、である本明細書の目的には適用した的確な方法を詳述する必要はない。
【００５８】
ロボット１が回転すると、ロボットの回転１０６に関する情報は、アルゴリズム１００で使用されて光を位置変更させる。この情報は、ジャイロドメトリシステム９７から得られる。ロボットの回転についての情報を用いずに、アルゴリズムは、相応に照明を調整できるが、アルゴリズムが新たな画像フレームを評価して必要な調整をするのに時間がかかる。この調整時間中に、画像は、飽和したまたは非常に暗いピクセルであり、ロボットのナビゲーションに悲観的な影響を与える。しかしながら、ロボットの回転についての情報を用いることにより、アルゴリズムは、ロボットの回転とは反対方向に光を位置変更させ、ロボット１の周りの環境の必要な領域における照明をはるかに迅速に維持する。このように、照明システムは、環境に対する動的な照明を提供すると言え得る。
【００５９】
図１３は、アルゴリズム１００の実行中に取るステップを示すフローダイアグラムである。アルゴリズムは、ステップ１００において開始し、ステップ１１２における第１作動は、カメラ１２から新たなフレーム１０４を得てこのフレームをセグメントに分割することである。フレーム１０４は、図７Ｂに示す分割した矩形状画像のような分割した矩形状画像であり、この矩形状画像は、画像処理ユニット９２によって分割される。セグメントは、セグメントと図６、図７Ａ及び図７Ｂに関連して上述した照明領域Ａ〜Ｈとに対応する。
【００６０】
ステップ１１４において、算出した露光時間ＴＥＸＰ１０２が所定の期間ＴＸよりも長きにわたって閾値露光時間ＴＴＨＲＥＳＨ未満である場合、照明システムが不要であると判断され、ＬＥＤ電力ＬＰは、ステップ１１５において低減される。ＬＰのこの低減は、ＴＥＸＰがＴＴＨＲＥＳＨ未満のままである間にフレームそれぞれを解析する際に時間と共にＬＥＤが薄暗くなる結果となる。これは、照明の変化に滑らかで漸次的な効果を付与するために選択されている。しかしながら、代替は、ＬＥＤへの電力を即時にオフにすることであり得る。
【００６１】
算出した露光時間ＴＥＸＰ１０２が所定の期間ＴＸよりも長きにわたって閾値露光時間ＴＴＨＲＥＳＨ以上である（または、露光時間が閾値よりも大きい）場合、照明システムが必要であると判断され、アルゴリズムは、ステップ１１６を継続し、このステップにおいて、次のステップのために関心領域として次のセグメントＡ〜Ｈを選択する。
【００６２】
１５０ミリ秒（０．１５秒）の閾値露光時間ＴＥＸＰ及び３秒の所定期間ＴＸは、最適なバランスを提供することが分かっている。しかしながら、５０ミリ秒から３００ミリ秒（０．０５秒から０．３秒）の範囲にあるＴＴＨＲＥＳＨを選択し得、１秒から５秒の範囲にあるＴＸを選択し得る。ロボットの要件が必要とする場合には、これら範囲外のＴＴＨＲＥＳＨ及びＴＸに関する値を選択し得る。
【００６３】
選択したセグメントに関する平均輝度をステップ１１８において算出する。平均輝度は、セグメントにおけるピクセル強度の中央平均を用いて算出される。
【００６４】
セグメントそれぞれにおける平均強度、すなわち輝度は、以下の式１を用いて算出され、ここで、ｓｗは、セグメント幅、ｓｈは、セグメント高さである。例えば、８セグメントを有する１０２４×１２８の画像において、ｓｗ＝１２８、ｓｈ＝１２８であり、または、他の実施形態において、４のセグメントを有する１０２４×１２８の画像において、ｓｗ＝２５６、ｓｈ＝１２８である。この式は、ピクセル全てに関する強度の和を算出し、セグメントにおける全ピクセル数で割る。
【００６５】
【数１】
2021525429.tif 000003
【００６６】
式１で算出した平均強度は、以下の式２を用いて平均輝度として分類される。２つの所定のパラメータａ及びｂは、画像の輝度を判断するために使用される。あるセグメントに関する平均強度がａとｂとの間である場合、そのセグメントの輝度は、通常であると考えられる。あるセグメントに関する平均輝度がｂよりも上である場合、そのセグメントは、明るいと考えられる。最後に、あるセグメントに関する平均強度がａ未満である場合、そのセグメントは暗いと考えられる。
【００６７】
【数２】
2021525429.tif 000004
【００６８】
ステップ１２０において、選択したセグメントに関する分類した平均輝度が「通常」である場合、アルゴリズムは、まっすぐステップ１２２に進み、このステップにおいて、確認を行ってフレームに処理するセグメントが残っていないか判断する。セグメントがまだ残っている場合、アルゴリズムは、ステップ１１６に戻り、関心領域としてフレームにおける次のセグメントを選択し、輝度算出及び分類ステップを繰り返す。
【００６９】
あるいは、ステップ１２０において選択したセグメントに関して分類した平均輝度が「暗い」場合、アルゴリズムは、替わりにステップ１２１Ａに進み、このステップにおいて、そのセグメントを照明するのに関与するＬＥＤ電力ＬＰを増加させる。これは、増加したＬＰ値をそのＬＥＤ２７に関するＬＥＤ駆動体９４に送ることによって、行われる。そして、アルゴリズムは、上述のようにステップ１２２に進む。
【００７０】
あるいは、ステップ１２０において選択したセグメントに関する分類した平均輝度が「明るい」場合、アルゴリズムは、替わりにステップ１２１Ｂに進み、このステップにおいて、そのセグメントを照明するのに関与するＬＥＤ電力ＬＰを減少させる。これは、低減したＬＰ値をそのＬＥＤ２７に関するＬＥＤ駆動体９４に送ることによって、行われる。
【００７１】
いったんフレーム内のセグメントすべてを処理したら、ステップ１２２において、アルゴリズムは、ステップ１２４に進み、このステップは、ジャイロドメトリシステム９７から得られたロボット回転情報１０６を用いてロボット１が回転したか判断する。ロボットが回転していない場合、アルゴリズムは、ステップ１１２に戻り、カメラから新たなフレーム１０４を得て処理を繰り返す。しかしながら、ロボットが回転した場合、アルゴリズムは、ステップ１２６に進み、検出したロボットの回転角度に関して適切なセグメント数だけ、ＬＥＤ電力（ＬＰ）値をロボットの回転とは反対方向に位置変更させる。例えば、８のＬＥＤセグメントがある場合、アルゴリズムは、回転方向とは反対に４５°回転当たり１セグメントだけ関連するＬＰ値を位置変更させる。あるいは、４のＬＥＤセグメントがある場合、アルゴリズムは、回転方向とは反対に９０°回転当たり１セグメントだけ関連するＬＰ値を位置変更させる。
【００７２】
例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示す画像セグメント及び図６から対応するＬＥＤ２７Ａ〜Ｈを取ると、以下の表１における第１列は、第１ロボット姿勢におけるＬＥＤＡ〜Ｈそれぞれに関するＬＰ値を示す。この姿勢において、ロボット１の前方に暗い領域があり、そのため、ロボット１の前方に向けて方向付けられたＬＥＤ２７Ａ及び２７Ｂは、大幅に照明され、ロボットの右側及び左側の周辺に向けて方向付けられたＬＥＤ２７Ｈ及び２７Ｃは、若干だけ照明される。そして、表１の第２列は、第２ロボット姿勢におけるＬＥＤＡ〜Ｈそれぞれに関するＬＰ値を示しており、ここで、ロボットは、時計回り報告で９０°回転しており、他の要因は同じままである。９０°の時計回り回転の後、ロボットの左手側に向けて方向付けられたＬＥＤ２７Ｃ及び２７Ｄは、ここで暗い領域を向き、そのため、アルゴリズムがＬＰ値を２のセグメントだけ反時計回りに位置変更させることに起因して、照明される。
【００７３】
【表１】
2021525429.tif 000005
【００７４】
もちろん、ロボットが十分にゆっくりと回転している場合、アルゴリズムは、輝度算出によって照明を十分に調整するので、光を位置変更する必要はない。このように、回転は、回転速度が所定閾値よりも迅速である場合に、考慮され得るのみである。
【００７５】
ステップ１２６においてアルゴリズムが必要な量だけＬＰ値を位置変更させたら、アルゴリズムは、ステップ１１２に戻り、カメラから新たなフレーム１０４を得て処理を繰り返す。
【００７６】
図１３におけるフローダイアグラムで設定されたステップを用いるアルゴリズムは、結果として、照明システムが発生させた光のある程度僅かな「揺れ」を引き起し得る。揺れは、照明システムが生成した照明が急速に変化すると、生じ得る。例えば、明るい環境から暗い領域に入るときに、照明における急速な増加は、結果として、画像が明るく見えすぎることを生じ得る。これに対抗するため、アルゴリズムは、照明を低減し、この照明の低減は、順に、結果として、画像が暗く見えすぎることなどを生じる。この揺れ効果を防止するため、照明レベルを変更する前に若干の遅延があるべきであり、周辺光における検出した変化が持続的であり継続することを保証する。また、照明の移行を若干ゆっくりにして滑らかにすべきである。しかしながら、必要なことは、ロボットのナビゲーションシステムが妨げられないことを続けられるのに十分に迅速に、周辺光における変化に対してロボットが十分に迅速に反応すること、である。
【００７７】
図１４は、図１３の照明アルゴリズムの一部における別のステップを示すフローダイアグラムであり、これらステップは、揺れの問題に取り組む。ステップ１１８及び１２０は、図１３におけるものと同じであるが、後続のステップが異なる。光増加要求（ＬＩＲ）及び光減少要求（ＬＤＲ）をこの方法に導入する。
【００７８】
平均輝度がステップ１２０において「通常」と分類される場合において、アルゴリズムは、ステップ１３０に進み、このステップにおいて、ＬＩＲ及びＬＤＲの値は、ゼロにリセットされ、ＬＥＤ電力（ＬＰ）は、変更されないままである。そして、アルゴリズムは、図１３に示すアルゴリズムと同じ方法で、画像セグメントそれぞれに関して繰り返す。これは、ダイアグラムを簡素化するために、ステップ１６０として図１４において示されている。
【００７９】
平均輝度がステップ１２０において「暗い」と分類される場合において、アルゴリズムは、ステップ１４０に進み、このステップにおいて、現在選択したセグメントに関するＬＩＲ値を増加させる。この例において、ＬＩＲ値を１だけ増加させる。そして、ステップ１４２において、輝度が「暗い」かつ現在のＬＩＲ値が所定閾値ｔｈｒＬＩＲより上方である条件に合致する場合、セグメントン関するＬＥＤ電力ＬＰを増加させ（ＬＰ＝ＬＰ＋１）、ＬＩＲ値をゼロ（ＬＩＲ＝０）にリセットする。そして、アルゴリズムは、ステップ１６０において画像セグメントそれぞれに関して繰り返す。
【００８０】
平均輝度がステップ１２０において「明るい」と分類される場合において、アルゴリズムは、ステップ１５０に進み、このステップにおいて、現在選択したセグメントに関するＬＤＲを増加させる。この例において、ＬＤＲ値を１だけ増加させる。そして、ステップ１５２において、輝度が「明るい」かつ現在のＬＤＲ値が所定閾値ｔｈｒＬＤＲより上方にある条件に合致する場合、セグメントに関するＬＥＤ電力ＬＰを減少させ（ＬＰ＝ＬＰ−１）、ＬＤＲ値をゼロ（ＬＤＲ＝０）にリセットする。そして、アルゴリズムは、ステップ１６０において画像セグメントそれぞれに関して繰り返す。
【００８１】
現在のフレームまたは画像に関するセグメントすべてをいったん処理したら、アルゴリズムは、ステップ１６２に進み、このステップにおいて、アルゴリズムは、図１３におけるステップ１２４及び１２６に関連して説明したものを同じ方法で、ロボットの回転に関してＬＰ値を調整する。いったんＬＰ値をロボットの回転に関して調整したら、アルゴリズムは、ステップ１６４に進み、このステップにおいて、ＬＰ値全ては、ＬＥＤ駆動体それぞれに各別に送信される。そして、アルゴリズムは、アルゴリズムのステップ１１２にもう一度戻り、新たなフレームを取得する。
【００８２】
したがって、纏めると、以下の式３は、画像内の輝度をどのように解釈するかを示す。画像が暗い場合、ＬＩＲを増分させる。輝度が通常である場合、光要求ＬＩＲ及びＬＤＲ双方をリセットする。輝度が明るい場合、ＬＤＲを増分させる。
【００８３】
【数３】
2021525429.tif 000006
【００８４】
光変化要求を有することによって、光レベルにおける変化間の移行が滑らかになる。また、照明における変化が発生する前にＬＩＲ及びＬＤＲ値が閾値を越える必要があることにより、変化を付与するときに遅延を形成する。アルゴリズムにおいてこの方法を使用することにより、光は、揺れない。
【００８５】
この方法のさらなる利点は、複数の増加／減少要求に関する閾値、すなわちｔｈｒＬＩＲ及びｔｈｒＬＤＲを変更することによって、照明の変化速度のレートを容易に調整し得る。閾値が高いと、変化速度のレートを減少させる一方、閾値が低いと、変化速度のレートを増加させる。
【００８６】
ＬＥＤ電力における変化を上記アルゴリズムにおいて＋１または−１として説明することに注目することには価値がある。これは、光変化におけるステップに対応する。光変化におけるステップは、ＬＥＤ駆動体に付与され得る最小量の変化として規定され得る。すぐに理解されることは、これが、ＬＥＤ駆動体及び電気特性に依存すること、である。例えば、ＬＥＤ光が０％以上１００％以下の範囲にある場合、ステップは、１％変化として規定され得る。ステップ状変化は、ロボットの要求またはユーザの要望に依存して様々に規定され得る。光レベルステップは、所望の光出力と移行の滑らかさとの間のバランスである。光ステップは、ユーザが光変化に気づくことができないのに十分に小さいべきであるが、同様に、照明が画像処理のために適切な時間で最大光レベルに達し得るのに十分迅速であるべきである。
【００８７】
あるいは、ＬＥＤ電力の増分変化に替えて、ＬＰへのより大きな変化を算出する場合、この変化は、離散したレベルでＬＥＤ駆動体に送られ得、滑らかな増加の印象をユーザに付与する。
【００８８】
特有の実施形態を説明したが、理解されることは、特許請求の範囲で規定されたような本発明の範囲から逸脱することなく、上述した改変を含む様々な改変をなし得ること、である。
【符号の説明】
【００８９】
１  移動ロボット，ロボット真空掃除機、８  視覚システム、１２  カメラ、１４  照明システム、７４  矩形状画像、７６  セグメント、９０  制御システム、９２  画像処理ユニット、９７  ジャイロドメトリシステム、９７Ａ  慣性測定ユニット（ＩＭＵ)、９７Ｂ  オドメータ、１０２  露光時間、１０４  フレーム，画像、１０６  ロボット回転情報
【図１】
2021525429.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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