[發(fā)明專利]噴霧視覺定位系統(tǒng)及定位方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110237035.3
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102422832A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張賓;劉濤;張東波;賈繼興;薛子云;雷保珍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A01M7/00
• 分類號: A01M7/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及農(nóng)藥噴灑過程中使用的一種用于定位農(nóng)作物位置的噴霧視覺定位系統(tǒng)及定位方法。

背景技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，為防治病蟲害，往往需要進(jìn)行多次農(nóng)藥噴灑。

現(xiàn)有的自動化施藥系統(tǒng)中，存在的問題主要有：噴藥定位不夠準(zhǔn)確，藥液浪費嚴(yán)重，噴霧農(nóng)機具的使用適應(yīng)性有限。用于自動化精準(zhǔn)噴霧的機器人定位檢測效果不夠理想，實時性較差、性價比低。

目前，對于物體空間三維信息獲取的方法主要有激光、超聲波、雷達(dá)、紅外和雙目視覺等。前四者工作時通常是以通過反射波時間或相位差來計算距離信息，雙目視覺主要通過三角測距原理，通過左右圖像匹配來實現(xiàn)定位信息獲取。但是其識別與定位算法往往較為復(fù)雜，實時性較差，特別是對物體形態(tài)不規(guī)則、環(huán)境復(fù)雜、光照條件差的場合更加難以檢測。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種噴霧視覺定位系統(tǒng)及定位方法，其能夠提高噴藥定位的準(zhǔn)確率，具有良好適應(yīng)性、實時性和性價比。

(二)技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種噴霧視覺定位系統(tǒng)，包括控制單元、左攝像單元、右攝像單元、圖像采集單元、激光二級管列陣光源和光源控制單元；其中，

所述左攝像單元與右攝像單元，分別與圖像采集單元連接，用于獲取場景圖像信息；

所述圖像采集單元，與控制單元連接，用于在控制單元控制下通過所述左攝像單元與右攝像單元采集圖像信息，并將所采集的圖像信息發(fā)送給控制單元；

所述光源控制單元，與所述激光二級管列陣光源和控制單元分別連接，用于在控制單元控制下驅(qū)動激光二級管工作；

所述激光二級管列陣光源包括多個呈矩陣排列的激光二極管，其中的每個激光二級管固定在支架上，所述支架的位置和縱向發(fā)射角可調(diào)。

優(yōu)選地，所述控制單元包括視覺處理子單元，用于采集、識別圖像信息、對左右攝像機采集的圖像進(jìn)行匹配并提取三維信息。

優(yōu)選地，所述控制單元包括激光二極管控制子單元，用于調(diào)整所開激光二極管的數(shù)目、位置和明暗。

優(yōu)選地，所述光源控制單元通過單片機實現(xiàn)，且所述單片機的I/O口通過三級管將激光二級管接入電路。

一種利用前述系統(tǒng)進(jìn)行噴霧視覺定位的方法，包括以下步驟：

A：獲取圖像信息，并對所述圖像信息進(jìn)行RGB三通道閾值分割，求取交集作為分割結(jié)果，而后將圖像轉(zhuǎn)為二值灰度圖；

B：判斷所述分割結(jié)果占整個圖像的比例是否達(dá)到預(yù)定值，若是，則所述控制單元發(fā)送控制信息給所述光源控制單元，所述光源控制單元控制激光二級管列陣光源工作，并發(fā)送反饋信息給控制單元；

C：所述控制單元根據(jù)所述反饋信息控制圖像采集單元獲取加有激光標(biāo)記的圖像并與相鄰時刻未加激光標(biāo)記的圖像做差，獲取左右激光離散點圖像；

D：對所述左右激光離散點圖像進(jìn)行匹配；

E：根據(jù)實際工作環(huán)境及目標(biāo)作物的實際位置范圍，判斷是否存在錯誤匹配點，若是，則對錯誤匹配點進(jìn)行校驗，若否，則執(zhí)行步驟F；

F：判斷是否小于預(yù)設(shè)的匹配點數(shù)，若是，則在已知特征點基礎(chǔ)上采用harris算子擴展特征點，然后進(jìn)行匹配，若否，則執(zhí)行步驟G；

G：根據(jù)獲得的匹配點對結(jié)合相機標(biāo)定參數(shù)，計算攝像機坐標(biāo)系下目標(biāo)作物的三維點坐標(biāo)位置信息并輸出。

優(yōu)選地，所述步驟E中，對錯誤匹配點進(jìn)行校驗包括：通過控制激光二級管的開閉，獲得激光二級管與圖像位置的對應(yīng)關(guān)系，從而獲得糾正的匹配點。

優(yōu)選地，所述步驟D進(jìn)一步包括：

D1：將彩色圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像；

D2：采用雙峰法對所述灰度圖像進(jìn)行閾值分割；

D3：對分割后的圖像進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記和區(qū)域形心提取；

D4：對左右激光離散點圖像反向運算，取同時符合匹配規(guī)則的點對作為視差計算依據(jù)，消除因遮擋或邊緣光點發(fā)散所造成的影響；

D5：根據(jù)視差求解匹配點所對應(yīng)的三維坐標(biāo)信息。

優(yōu)選地，所述步驟D3進(jìn)一步包括：通過極線約束條件和區(qū)域中心周邊點的灰度相關(guān)性來判斷初始匹配點。

(三)有益效果

本發(fā)明通過采用激光離散點陣光源作為人工標(biāo)記特征點，并在通過匹配算法計算作物的距離信息時，使相機與激光二級管列陣光源相配合，提高了噴藥定位的準(zhǔn)確率，使系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性、實時性和性價比。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述噴霧視覺定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；