[發(fā)明專(zhuān)利]一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710646549.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107462218B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田光兆;顧寶興;王海青;周俊;安秋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01C11/00
• 代理公司: 南京天華專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 陸海天;徐冬濤

本發(fā)明涉及一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位系統(tǒng)和方法，包括三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)和工控機(jī)；每組視覺(jué)系統(tǒng)包括兩臺(tái)水平同方向固定的短波紅外相機(jī)，該三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)呈等邊三角形方式排列，形成互為120°的全景視覺(jué)機(jī)組，并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至工控機(jī)；定位方法包括：三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)同時(shí)對(duì)各自方向上環(huán)境中的同一目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，據(jù)此反推車(chē)輛運(yùn)動(dòng)，形成不同坐標(biāo)系下的位移矢量，再轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，通過(guò)從多個(gè)方向?qū)?chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，有效提高了拖拉機(jī)夜間的定位精度，為導(dǎo)航提供數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種農(nóng)用機(jī)械的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，尤其是一種適用于拖拉機(jī)夜間工作的定位系統(tǒng)，以及運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的方法，具體的說(shuō)是一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

目前，我國(guó)自主導(dǎo)航拖拉機(jī)主要采用GPS或北斗等衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位。但是衛(wèi)星信號(hào)比較微弱，容易受到干擾導(dǎo)致拖拉機(jī)無(wú)法正常工作。因此，需要采用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行輔助定位。基于機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航的農(nóng)用拖拉機(jī)能夠通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為自主導(dǎo)航?jīng)Q策系統(tǒng)提供狀態(tài)參數(shù)，能夠顯著提高農(nóng)機(jī)的智能化水平。但是傳統(tǒng)的視覺(jué)系統(tǒng)易受光線影響，尤其是夜間視覺(jué)系統(tǒng)基本無(wú)法正常工作，對(duì)拖拉機(jī)的夜間運(yùn)行造成很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位系統(tǒng)和方法，可以從多個(gè)方向?qū)?chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，最后將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，能夠在夜間實(shí)現(xiàn)較高精度的相對(duì)定位。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位系統(tǒng)，包括三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)和工控機(jī)；每組視覺(jué)系統(tǒng)包括兩臺(tái)水平同方向固定的短波紅外相機(jī)，該三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)呈等邊三角形方式排列，形成互為120°的全景視覺(jué)機(jī)組，并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至工控機(jī)；該全景視覺(jué)機(jī)組安裝在拖拉機(jī)頭部配重梁上，且其中一組雙目視覺(jué)系統(tǒng)朝向拖拉機(jī)的正前方，其他兩組分別朝向側(cè)后方。

進(jìn)一步的，所述每臺(tái)短波紅外相機(jī)的波長(zhǎng)為900～1700nm。

進(jìn)一步的，所述每組雙目視覺(jué)系統(tǒng)的雙目基線長(zhǎng)度為10cm。

進(jìn)一步的，所述全景視覺(jué)機(jī)組安裝位置距離地面高度為1.0±0.1m。

一種自主導(dǎo)航拖拉機(jī)夜間全景視覺(jué)相對(duì)定位方法，包括以下步驟：

1)將三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)分別設(shè)為A、B和C，并使所述A組朝向正前方，B組和C組分別朝向側(cè)后方；

2)將三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)分別建立獨(dú)立的空間坐標(biāo)系；

3)三組雙目視覺(jué)系統(tǒng)不間斷循環(huán)工作，分別從不同方向檢測(cè)環(huán)境中同一特征點(diǎn)不同時(shí)刻坐標(biāo)變化，根據(jù)其坐標(biāo)變化反推拖拉機(jī)在三個(gè)不同坐標(biāo)系的位移矢量；

4)將B、C坐標(biāo)系下的位移矢量數(shù)據(jù)通過(guò)坐標(biāo)變換，折算到A坐標(biāo)系下；

5)將三組位移矢量數(shù)據(jù)按照算術(shù)平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到拖拉機(jī)相對(duì)于前一時(shí)刻的即時(shí)相對(duì)定位數(shù)據(jù)；

6)重復(fù)步驟3)～5)，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)連續(xù)全景視覺(jué)相對(duì)定位。

進(jìn)一步的，所述步驟2)中，每個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于等邊三角形的幾何中心，x軸正方向均與各自基線平行且水平向右；y軸正方向垂直于安裝平面向下；z軸正方向垂直于各自基線且水平向前；其中，三個(gè)y軸重合。

進(jìn)一步的，所述步驟4)的坐標(biāo)變換通過(guò)以下變換矩陣進(jìn)行：

進(jìn)一步的，所述步驟5)的通過(guò)以下公式，將3組位移矢量數(shù)據(jù)按照算術(shù)平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到拖拉機(jī)相對(duì)于前一時(shí)刻的即時(shí)相對(duì)定位數(shù)據(jù)：