[發明專利]農業機械視覺導航中人工設置路標的識別方法

無效

• 申請號: 200910094099.5
• 申請日: 2009-02-17
• 公開（公告）號: CN101561871A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 張云偉;蔣海波;郭志偉;汪斌
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/20;G06K9/34;G01C21/00;G05B19/02
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種農業機械視覺導航中人工設置路標的識別方法，屬于信息技術自動控制領域。

背景技術

自主移動機器人的定位與導航，是智能機器人領域的一個重要的研究方向，也是智能移動機器人的一項關鍵技術。在農業作業自動化領域，農業機械導航經歷了沿犁溝、田壟、農作物行的機械觸桿導航，預埋引導電纜的有線引導，地磁導航，無線電或激光導航，用慣性導航等多種導航方式后，機器視覺導航成為農業機械導航的重要發展方向。但是，對于農業自主移動作業機械來說，農業作業環境與工業作業環境有很大不同，表現在：植株枝葉交織現象明顯，季節變化引起形態顏色改變較大，地面高低不平。這些因素直接影響到自然環境信息導航參數的提取，從而影響機器視覺導航功能的正常發揮。目前的農業視覺參數提取方法，只能適用于某一種環境，還沒有能夠適用于多種環境，可以穩定運行的視覺導航參數算法，因此，現有的農業視覺參數提取方法受農業環境制約性較大，運行效率較低，穩定性差。

發明內容

針對現有農業機器視覺導航識別技術存在的受農業環境制約性較大，運行效率較低，穩定性差的技術缺點，本發明提出了一種基于人工設置路標的農業機械視覺導航識別方法。該方法能夠適用于多種環境，并且運行穩定。

本發明涉及的路標識別導航系統由路標、CCD攝像頭、工控機組成。路標上設計有控制字符，CCD攝像頭用于采集人工布設在農業作業環境中的路標的場景圖像(RGB圖像)，工控機用于圖像處理和控制語義的識別。

本發明的設計方案是這樣實現的：

(1)路標的設計方法。路標由硬質材料制作而成，路標顏色可以根據土壤、季節、環境的變化進行更改，路標顏色與環境顏色要有較大差異。路標上標有控制字符，字符的顏色也要與路標顏色有較大的差異。

(2)對路標的識別及其圖像的傾斜調整。按以下步驟進行：

第一步：用CCD攝像頭采集人工布設在農業作業環境中的路標的場景圖像(RGB圖像)。

第二步：利用(1)所述的路標、農業環境、控制字符三者顏色存在的差異，對路標的場景圖像進行橫向逐行掃描和豎向逐列掃描。將路標顏色的RGB值在農業環境中的范圍用(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)表示，對路標的場景圖像的掃描算法如下：

①當第i行有大于10個象素點的RGB值的范圍落在(R1?R2)(G1?G2)(B1B2)時，而其前面任何行內落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)內的像素點都不大于5時，判斷路標在圖像上的上邊界；

②當第i行有大于10個象素點的RGB值的范圍落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)時，而其下面任何行內落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)內的像素點都不大于5時，判斷路標在圖像上的下邊界；

③當第i列有大于10個象素點的RGB值的范圍落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)時，而其前面任何列內落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)內的像素點都不大于5時，判斷路標在圖像上的左邊界；

④當第i列有大于10個象素點的RGB值的范圍落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)時，而其后面任何列內落在(R1?R2)(G1?G2)(B1?B2)內的像素點都不大于5時，判斷路標在圖像上的右邊界；

根據檢測出的路標的上下左右邊緣，獲得路標在場景圖像上的粗略位置，使整個路標的邊緣在分割的圖像之內。

第三步：由于農業作業環境的地平面不平整，獲得的路標圖像會有一定的傾斜，因此需要對路標圖像進行傾斜調整。調整方法是：對分割出的路標圖像進行邊緣檢測，由于控制字符顏色與路標顏色有較大的不同，因此可以檢測出控制字符的邊緣，利用HOUGH變換檢測圖像中直線，并獲得圖像坐標系下直線與水平方向的夾角θ，這個角度就是字符與水平方向的傾斜的角度，以圖像坐標系的圓點為旋轉基準點對圖像進行旋轉，當θ大于零時，對圖像進行順時針旋轉|θ|，當θ小于零時，對圖像進行逆時針旋轉|θ|。

(3)利用路標顏色與控制字符顏色的差異實現對路標上控制字符的整體分割。對分割后獲得的路標圖像進行橫向掃描，控制字符顏色的RGB值范圍用(r1r2)(g1?g2)(b1?b2)表示。從圖像區域的中間開始向上下分別逐行掃描，當該行有超過5個像素點的RGB值同時落在控制字符的顏色范圍內時，則對上一行進行掃描，直到某行的像素點的RGB值小于5，由此判斷該行是控制字符整體的上邊界，同理，可檢測出下邊界。利用邊界值分割出邊緣圖像中控制字符的整體區域。

(4)單個控制字符圖像的分割及其進一步的處理。按以下步驟進行：