[發(fā)明專利]一種基于鏟角特征的遠(yuǎn)程控制推土機(jī)目標(biāo)檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310157746.9
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN103268487A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐剛;張立銀;王濤衛(wèi);王生波
• 申請（專利權(quán)）人: 山推工程機(jī)械股份有限公司
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;G06K9/46;G06T7/00;G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及推土機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于鏟角特征的遠(yuǎn)程控制推土機(jī)目標(biāo)檢測方法。

背景技術(shù)

遠(yuǎn)程控制推土機(jī)以視覺作為主要探測依據(jù)，操作人員根據(jù)視覺反饋的環(huán)境信息進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，因此視覺信息的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。遠(yuǎn)程控制推土機(jī)通過機(jī)身上安裝的四個(gè)攝像頭采集周圍環(huán)境信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全景視覺。由于推土機(jī)機(jī)身較大，為了獲取完整的全景效果，攝像頭均采用150度廣角鏡頭。大廣角鏡頭帶來全景效果的同時(shí)，并不能測量圖像中目標(biāo)的景深。無疑這將大大地影響了工作人員的操作。

工程機(jī)械的遠(yuǎn)程控制一般多應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣或者危險(xiǎn)的區(qū)域，例如大型垃圾場、戰(zhàn)場遺留地雷清理等。無線遠(yuǎn)程控制在推土機(jī)上的應(yīng)用比較成功的例如小松的D575，但是該機(jī)型僅僅使用一個(gè)鏡頭用于前方監(jiān)測，更多的還是通過遠(yuǎn)程的操作人員視力偵測。因?yàn)槿说囊暳Ψ秶邢蓿虼舜蟠笙拗屏送仆翙C(jī)的工作范圍。全景視覺則可以很好的解決單鏡頭采集信息少的缺點(diǎn)，能夠最大程度的延長工作人員的操作距離。該技術(shù)涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域。

由于推土機(jī)的體積龐大，并且體型不規(guī)則，因?yàn)閱昔~眼鏡頭和反射式鏡頭都無法很好的實(shí)現(xiàn)全景效果。因此推土機(jī)的全景視覺搭建采用常規(guī)的多鏡頭組成。每一路鏡頭采集一個(gè)方向的圖像信息，并在圖像處理單元中進(jìn)行圖像的拼接從而最終實(shí)現(xiàn)全景視覺。但是單攝像頭采集又有一個(gè)無法避免的缺點(diǎn)：無法測量景深。這也意味著操作人員無法知道出現(xiàn)在推土機(jī)周圍的目標(biāo)離推土機(jī)的實(shí)際距離。對此一種常見的解決思路是在增加一套雙目視覺系統(tǒng)，這無疑增加了成本。因此，在不改變現(xiàn)有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種目標(biāo)檢測方法用以檢測目標(biāo)的位置信息是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于鏟角特征的推土機(jī)目標(biāo)檢測方法，建立基于等距投影的大廣角鏡頭成像模型，確定圖像中各像元之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)一種推土機(jī)鏟角的識(shí)別算法，并以鏟角為參照點(diǎn)求解未知目標(biāo)的位置信息。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，

一種基于鏟角特征的遠(yuǎn)程控制推土機(jī)目標(biāo)檢測方法，其步驟如下：

(1)建立基于等距投影的大廣角鏡頭成像數(shù)學(xué)模型

根據(jù)大廣角鏡頭的成像原理，首先以鏡頭光心與成像平面的光心為Z軸(假設(shè)成像平面與鏡頭光心之間處于平行)建立數(shù)學(xué)模型；

(2)根據(jù)鏟角的形狀特征進(jìn)行模板匹配算法，確定鏟角在圖像中的位置

首先確定鏟角模板，在圖像中利用模板匹配的方法循環(huán)查找與該模板匹配度最大的區(qū)域，即認(rèn)為是鏟角所在的位置；

(3)推導(dǎo)空間一點(diǎn)與映射的像素點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)步驟(1)的數(shù)學(xué)模型，假設(shè)空間一點(diǎn)P在圖像中的一點(diǎn)為P′，根據(jù)大廣角鏡頭的成像原理，兩點(diǎn)之間存在著以下關(guān)系：

P′＝k*ω

其中K為廣角鏡頭徑向畸變系數(shù)，ω為點(diǎn)P與Z軸的仰角；

(4)根據(jù)步驟(3)得出的結(jié)果，求出目標(biāo)在推土機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)

根據(jù)空間一點(diǎn)與成像平面像素之間的對應(yīng)關(guān)系，以及成像平面與推土機(jī)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系求出目標(biāo)在推土機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x0，y0)，左右鏟角的坐標(biāo)分別為(-L/2，0，0)、(L/2，0，0)；其中，推土機(jī)坐標(biāo)系與鏡頭坐標(biāo)系存在如下關(guān)系：

(5)根據(jù)空間兩點(diǎn)之間的距離公式，求出鏟角和目標(biāo)的實(shí)際距離。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果為：1、根據(jù)推土機(jī)的實(shí)際車型，設(shè)計(jì)的基于多個(gè)攝像頭的全景視覺，能夠一次性攝取車身周圍360度環(huán)境信息，避免了車身龐大帶來的視覺死角。2、根據(jù)推土機(jī)操作人員的推土習(xí)慣，確定鏟角為參照物，所獲取的位置信息更有利于輔助操作人員駕駛。3、能夠提高推土機(jī)遠(yuǎn)程控制的操作范圍。

附圖說明

圖1為大廣角鏡頭成像數(shù)學(xué)模型示意圖

圖2為左鏟角模板二值化示意圖

圖3為右鏟角模板二值化示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

(1)建立基于等距投影的大廣角鏡頭成像數(shù)學(xué)模型

根據(jù)大廣角鏡頭的成像原理，首先以鏡頭光心與成像平面的光心為Z軸(假設(shè)成像平面與鏡頭光心之間處于平行)建立數(shù)學(xué)模型，如圖1所示。

推土機(jī)坐標(biāo)系建立方式：以推土機(jī)重心為原點(diǎn)，過原點(diǎn)與鏟刀平行為X軸，過原點(diǎn)垂直與X軸且平行于地面的為Y軸，Z軸過原點(diǎn)垂直與XOY平面，指向天空為正。

(2)根據(jù)鏟角的形狀特征進(jìn)行模板匹配算法，確定鏟角在圖像中的位置