[發明專利]一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取設備及方法

有效

• 申請號: 201711033759.X
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107656287B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 牛潤新;尚駿;王杰;張向陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S7/48
• 代理公司: 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙) 34126
• 代理人: 陳思聰

本發明公開了一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取設備及方法，包括有點云采集模塊、點云處理模塊及用戶與執行模塊，所述的點云采集模塊通過傳感器獲取麻類作物的點云數據，獲取點云數據后將其通過以太網傳給點云處理模塊，所述點云處理模塊接收點云采集模塊采集到的點云數據并進行算法處理，進而提取出邊界，最后將提取出的邊界結果傳給用戶與執行機構。本發明以固定步長單位獲取激光雷達的點云數據并提取出該步長區域內的邊界，可以對分段區域的麻類作物邊界用最小二乘法進行擬合，這樣可以簡化邊界模型，降低整個邊界提取算法的時間復雜度，適合田間作業多變的環境。

技術領域

本發明農作物邊界提取涉及技術領域，尤其涉及一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取設備及方法。

背景技術

作物行的邊界提取是實現農業植保與收獲精準化的重要基礎。在農業植保中，識別作物的邊界能讓植保機避開作物而不會損壞作物；在農業收獲中，識別作物的邊界能讓收獲機捕獲每一株作物而不漏收。麻類植株分布不均勻，其作物行的間距不固定，為了實現自動對行，需要精準地提取出麻類作物行的邊界。目前在智能農業中，提取邊界主要采用視覺法，用圖像傳感器獲取邊界信息。由于圖像傳感器易受光影變化影響，且圖像處理中需要分離檢測對象與場景，代價較大，不適合麻類作物收獲與植保作業的多變環境。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取設備及方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取設備，包括有點云采集模塊、點云處理模塊及用戶與執行模塊，所述的點云采集模塊包括有二維激光雷達傳感器及用來固定二維激光雷達傳感器的云臺，點云采集模塊通過傳感器獲取麻類作物的點云數據，后將其通過以太網傳給點云處理模塊，所述點云處理模塊接收點云采集模塊采集到的點云數據并進行算法處理，進而提取出邊界，最后將提取出的邊界結果傳給用戶與執行機構。

所述用戶與執行模塊包括邊界顯示模塊、上位機、下位機、執行機構，顯示模塊為LCD顯示屏；上位機為PC；下位機為工控機，邊界顯示模塊將點云處理模塊提取出的作物邊界結果實時傳給用戶；上位機用于用戶實時分析點云處理結果；下位機控制麻類作物收獲機上的執行機構實施對行收獲操作，執行機構包括收獲機上的液壓裝置、上扶禾與下扶禾裝置。

所述的點云處理模塊包括有電源模塊、存儲模塊、CPU、系統總線、接口模塊與軟件模塊，所述的接口模塊包括以太網接口、視頻信號接口、用戶輸入接口及串行接口，接口模塊都與系統總線相連，視頻信號接口為HDMI或VGA接口，所述的以太網接口使二維激光雷達傳感器與點云處理模塊實現通信；所述的視頻信號接口將點云處理模塊提取出的作物邊界結果實時地通過視頻信號傳給用戶；用戶輸入接口實現點云處理模塊與上位機的通信，用戶通過上位機進行操作；串行接口實現點云處理模塊與下位機的通信，點云處理模塊將邊界提取出的模型參數數據傳給下位機，下位機控制麻類作物收獲機上的執行機構實施對行收獲操作，串行接口用RS-232或RS-485接口；所述軟件模塊包括操作系統、點云處理軟件、數據庫，操作系統上運行的點云處理軟件整合了邊界提取算法，點云數據放在數據庫中。

一種基于激光雷達的麻類作物行的邊界提取方法，收獲機對準麻類作物行的邊界并自動對行，進行收割，具體步驟如下：

(1)獲取麻類作物冠層及周圍地面的掃描點；將二維激光雷達傳感器安裝在作物收獲機械上方高度h處，并使二維激光雷達傳感器向下傾斜一定的角度，使得二維激光雷達傳感器以一種由上向下的正面掃描方式掃描麻類作物，二維激光雷達傳感器所發射出的掃描面同時可以獲取作物周圍地面的掃面點；