[發明專利]農業機械視覺導航方法

在審

• 申請號: 201610126669.4
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105783935A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 崔彥平;喬智利;張付祥;鄧飛
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種導航方法，具體涉及農業機械視覺導航方法，特別是針對施肥機 械在田間自主行走的視覺導航方法。

背景技術

20世紀90年代以來，“精確農業”技術已被國際農業科技界認為是21世紀實現農業 可持續發展的先導性技術之一。農業機械的自動導航是現代智能農業機械的一個重要組成 部分，有著廣闊的發展前景。研究自主行走的農業機械實現精確定點投放，從量的角度盡可 能減少農用化學物質的使用應該是解決此問題的一個重要途徑和發展方向。現代化農業機 械具備的作業功能將會越來越多，研制農業車輛的自主或輔助導航系統有利于駕駛人員抽 出更多的時間去關注駕駛以外的其它操作，以便能夠實現預期的各項作業目標。

傳統的視覺系統的導航控制方面都還依然存在問題，尤其在農業機械方面，比如 在圖像處理方面，如何在農田復雜背景下提取出可靠度較高的路徑邊緣，以及自定位中如 何調整自身位姿等。因此對農業機械視覺導航技術的研究尤為重要。

發明內容

基于以上目的，本發明提出了一種農業機械視覺導航方法。該視覺導航方法為：首 先將CCD攝像機安裝在農機上，利用CCD攝像機采集農田圖像信息，然后通過圖像處理系統 進行圖像預處理，并進行導航基準線的提取，再估算農機的位置與和導航基準線之間的相 對位姿，發出響應的信號控制農機調整自身位姿，實現自主行走，其中對農業機械的導航步 驟如下：

首先，對CCD采集的圖像進行預處理，綜合使用加權平均法、改進最大化類間方差法和 小面積法去噪進行圖像預處理；

然后，對導航基準線進行提取，首先把二值圖像矩陣中每行值為1的相鄰像素列坐標差 值最大的點定義為路徑中心點，利用路徑中心點分布規律分段對其優化篩選，去除無效點， 再用改進霍夫變換剔除奇異點，最后用最小二乘法擬合導航基準線；

最后，進行位置與姿態估算，基于現有機器視覺技術的農業機械在農田作業過程中獲 取導航信息，以驅使農業機械進行農田作業，導航信息在行進過程中農業機械與導航基準 線之間的角度和位移偏差，通過上位機發出相應命令，農業機械作出相應的動作。

本發明的圖像預處理方法可以較好地將農作物和農田背景分開，在不影響處理結 果前提下，縮短了處理時間；導航基準線的提取方法，確定中心點是通過每行最大的差值， 這樣大大減少了計算量，在提高了圖像的處理速度同時，且能夠有效地去除無效的中心點。 再利用Hough變換檢測有效中心點擬合生成導航基準線，最終得到具有較好的穩定性和可 靠性的導航基準線；自定位的位姿確定，能夠較為準確地獲得農機前進方向與導航基準線 之間位置關系，為農業機械的位置與姿態調整提供判斷依據和條件。

附圖說明

圖1是本發明的農業機械視覺導航方法所使用的視覺導航系統組成示意圖；

圖2是本發明的農業機械視覺導航方法作業流程圖；

圖3是本發明的農業機械視覺導航方法所使用的農業機械行進方向與導航基準線有夾 角的成像過程。

具體實施例

本發明的農業機械視覺導航方法首先將CCD攝像機安裝在農機上，利用CCD攝像機 采集農田圖像信息，通過圖像處理系統進行導航基準線的提取，再估算農機的位置與和導 航基準線之間的相對位姿，發出響應的信號控制農機調整自身位姿，實現自主行走。其中， 圖像預處理，首先使用加權平均法、改進最大化類間方差、小面積法去噪進行圖像預處理。 導航基準線的提取，首先把二值圖像矩陣中每行值為1的相鄰像素列坐標差值最大的點定 義為路徑中心點，利用路徑中心點分布規律分段對其優化篩選，去除無效點，再用改進霍夫 變換剔除奇異點，最后用最小二乘法擬合導航基準線。自定位的過程就是估算位置與姿態， 基于現有機器視覺技術的農業機械在農田作業過程中能夠使視覺系統快速準確地獲取導 航信息，以此保證農業機械準確地進行農田作業。導航信息主要是行進過程中農業機械與 導航基準線之間的角度和位移偏差，通過上位機發出相應命令，農機作出相應的動作。

圖1是本發明的農業機械視覺導航方法所使用的視覺導航系統組成示意圖，導航 系統主要包括：上位機1，CCD攝像機2，攝像機支架3，控制部件4，執行機構5。CCD攝像機2固 定在攝像機支架3上，且其高度可以調整，CCD攝像機2用來拍攝圖像信息，上位機1的作用是 對CCD攝像機2采集的圖像信息進行處理，并做一些相關運算，然后對控制部件4發出控制指 令，控制部件4控制執行機構5動作。