[發明專利]一種基于人工蜂群算法的機器人導航路徑提取方法及裝置

有效

• 申請號: 201611076483.9
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108133471B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 孟慶寬;孫文彬;王繼廣
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/10;G06T7/13
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 孫秋媛

本發明公開了一種自然光照條件下基于人工蜂群算法的農業移動機器人導航路徑提取方法及裝置，該方法包括：農田作物圖像采集；作物圖像灰度化處理；將處理后的灰度圖像進行分割轉化為二值圖像；對二值圖像頂部和底部分別進行灰度垂直投影獲取作物行區域范圍；采用基于移動窗口的垂直投影法對作物行區域范圍內的作物行特征點進行檢測；根據作物行在圖像中的特點，建立作物行中心線求解模型，通過人工蜂群算法對作物行區域范圍內的作物行特征點進行尋優搜索確定作物行中心線；根據距離圖像中心線最近的相鄰兩條作物行中心線確定兩條作物行之間的導航路徑；該方法提高了導航路徑的檢測精度、速度和對自然光照的適應性，解決了傳統農業移動機器人導航路徑提取方法存在的準確性低、實時性差以及對自然光照變化敏感等問題。

技術領域

本發明涉及農業移動機器人導航技術領域，具體涉及一種自然光照條件下基于人工蜂群算法的農業移動機器人導航路徑提取方法及裝置。

背景技術

利用農業移動機器人完成田間自動導航作業，可以有效提高農田作業效率，降低生產成本，避免勞動者暴露在高溫、高濕、有害等惡劣環境中。目前，對于農業移動機器人導航的研究主要集中在機器視覺和衛星定位(GNSS)技術兩種方式上，基于機器視覺的移動機器人具有作業效率高，實時性好、系統成本低等優點，已經成為國內外精細農業研究領域的一個熱點。導航路徑識別是農業移動機器人自主導航作業的前提，快速準確地提取作物行中心線和導航路徑能有效提高移動機器人的工作效率和作業精度。對于早期農作物，由于機械化播種作物行之間近似平行，同時作物行生長具有連續性，在整體走勢上呈現近似直線，可以通過對農田作物圖像進行處理提取出作物行中心線進而得到導航路徑；

農田環境復雜多變，具有非結構化和開放性的特點，影響農業移動機器人視覺導航路徑識別的主要因素包括：自然光照變化和路徑識別算法自身的性能。對于自然光照問題，有學者提出了一種基于光照穩定性及光照無關圖的導航信息獲取方法，以降低光照變化對導航路徑提取的影響。一些學者分別在RGB、HIS和YCrCb顏色空間下，選擇2G-R-B顏色因子、H分量、及Cr分量對圖像進行灰度化處理，以提高圖像分割對光照變化的適應能力。不過，R、G、B三個分量相互耦合，隨光照強度變化而變化，因此2G-R-B顏色因子對光照變化適應性不高；H分量與RGB顏色空間轉化為非線性，容易造成圖像失真，對圖像處理結果產生誤差；YCrCb顏色空間缺少對綠色分量的描述，不適合處理農田綠色作物圖像。在作物行中心線（直線）擬合方法選擇上，一些學者采用Hough變換進行作物行識別，Hough變換魯棒性強，但計算復雜、檢測精度有限。一些學者利用最小二乘法提取作物行直線，具有較快的檢測速度，不過最小二乘法對強噪聲點敏感，魯棒性差。目前，有學者提出了基于隨機方法的作物行直線提取算法，該算法具有計算復雜度低、實時性好等特點，不過直線檢測精度很大程度上依賴于隨機點的選擇。此外，還有學者采用最大正方形提取作物骨架，通過直線擬合得到作物行直線，由于算法需要對每個目標像素點查找最大正方形，造成計算復雜度增加，耗時較多，難以滿足高速導航作業系統對實時性的要求。

發明內容

本發明通過歸一化因子對作物圖像進行灰度化處理，以降低光照變化對導航路徑識別的影響；通過建立作物行中心線求解模型，利用人工蜂群算法進行作物行直線和導航線提取提高導航路徑識別的精度和速度。

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是如何在自然光照條件下進行導航路徑提取，提高農業移動機器人導航路徑識別的準確性、實時性和適應性。

（二）技術方案

為了解決上述技術問題，第一方面，本發明提供了一種自然光照條件下基于人工蜂群算法的農業移動機器人導航路徑提取方法，所述方法包括以下步驟：

S01、作物圖像采集；使攝像機與水平方向呈60°～70°夾角，距離地面垂直高度約1.2~1.4m；

S02、利用因子對采集的作物圖像進行灰度化處理，將彩色作物圖像轉化為灰度圖像；