[發明專利]一種基于激光雷達點云的田間苗帶導航線檢測方法

有效

• 申請號: 202110648336.9
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113376614B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 饒秀勤;林洋洋;朱逸航;應義斌;楊海濤;姜海益;張延寧;張小敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S17/88;G01S17/89
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于激光雷達點云的田間苗帶導航線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)搭建田間苗帶采集系統：包括行走車(4)和線激光雷達(5)；相鄰的兩條田間苗帶(3)之間為地壟(2)，行走車(4)的車輪在地壟(2)上沿導航線(1)的方向行駛，線激光雷達(5)固定安裝在行走車(4)的頂部中間位置，線激光雷達(5)的正前方與行走車(4)的行駛方向保持一致并且線激光雷達(5)的正前方固定，線激光雷達(5)用于采集田間苗帶(3)的點云；

2)建立雷達坐標系：記線激光雷達的發射中心為雷達坐標系的原點O，雷達坐標系的Z_L軸向上且垂直于線激光雷達的周向掃描平面，雷達坐標系的X_L軸在線激光雷達的周向掃描平面上且指向線激光雷達圓周掃描0°方向，Y_L由右手螺旋法則確定；

3)建立世界坐標系：世界坐標系的原點O′為雷達坐標系的原點O豎直向下與水平地面的交點，行走車行駛方向的水平方向為世界坐標系的X_W軸，豎直向上為世界坐標系的Z_W軸，世界坐標系的Y_W軸由左手螺旋法則確定；

4)原始苗帶點云獲取：采用田間苗帶采集系統獲取田間苗帶在雷達坐標系下的原始苗帶點云；

5)坐標系轉換：將雷達坐標系下的原始苗帶點云轉換至世界坐標系下的原始苗帶點云；

6)原始苗帶點云濾波，獲得內部矩形苗帶點云；

7)離散化條件判斷：統計內部矩形苗帶點云的總空間點數TotalZNum，當總空間點數小于點數閾值SUM_threshold時，則重復步驟2)-6)，直至內部矩形苗帶點云的總空間點數TotalZNum大于等于點數閾值SUM_threshold；否則，則進行步驟8)；

8)劃分離散化區間：將內部矩形苗帶點云中所有空間點的X_W軸坐標值就近取整映射到區間(0，h)，將內部矩形苗帶點云中所有空間點的Y_W軸坐標值就近取整映射到區間(0，g)，獲得苗帶點云區間區域；記內部矩形苗帶點云中的任一空間點為P_Wk(x_Wk，y_wk，z_Wk)，通過以下公式進行設置：

h_k＝h-round((y_Wk+y_d)*h/(2*y_d))

g_k＝g-round((x_Wk-min_x)/(max_x-min_x)*g)

其中，h_k表示當前空間點的Y_W軸坐標值y_Wk就近取整映射后的Y_W軸離散值，g_k表示當前空間點的X_W軸坐標值x_Wk就近取整映射后的X_W軸離散值，round()為就近取整函數；min_x是內部矩形苗帶點云中所有空間點的X_W軸坐標值中的最小值，max_x是內部矩形苗帶點云中所有空間點的X_W軸坐標值中的最大值；

9)苗帶點云區間區域更新；

10)苗帶點云最小高度值、最大高度值、平均高度值求解；

11)苗帶點云區間區域二值化，獲得標志點集Q；

12)擬合條件判斷：統計標志點集Q的總空間點數，當標志點集Q的總空間點數小于標簽數閾值SUMBW_threshold時，返回步驟2)，直至標志點集Q中的總空間點數大于或等于標簽數閾值SUMBW_threshold；否則，則進行步驟13)；

13)中間線擬合：對標志點集Q進行最小二乘法直線擬合，得到初始導航線L₀，滿足方程Y₀＝k₀X₀+b₀，其中，Y₀表示初始導航線L₀的Y_W軸坐標值，X₀表示初始導航線L₀的X_W軸坐標值，k₀表示初始導航線L₀的斜率系數，k₀表示初始導航線L₀的截距系數；

14)左、右作物行標識檢測；

15)導航線L_T檢測擬合，獲得田間苗帶導航線L_T；

所述步驟6)具體為：

6.1)苗帶點云周向濾波：設置線激光雷達(5)的正前方處的周向角為θ，周向角閾值為θ_d，去除原始苗帶點云中周向角不滿足(θ±θ_d)的空間點，得到內部扇形苗帶點云；

6.2)苗帶點云高度濾波：設置世界坐標系Z_W軸的高度閾值TofZvalue，去除內部扇形苗帶點云中Z_W軸坐標值低于高度閾值TofZvalue的空間點，獲得高度濾波苗帶點云；

6.3)苗帶點云水平濾波：設置世界坐標系中X_W軸與Y_W軸的濾波閾值分別為x_d1和x_d2與y_d，將點云中X_W軸坐標值或Y_W軸坐標值不滿足x_d2≥x_W≥x_d1或不滿足|y_W|≤y_d的空間點濾掉，得到內部矩形苗帶點云。