[發明專利]基于RGB-D深度相機的作物苗期高度檢測方法

在審

• 申請號: 202110705470.8
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113639643A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 李赫;趙弋秋;徐一高;柴嘉君;郭長樂;程上上;牛瀟瀟;張開飛;丁力
• 申請（專利權）人: 河南農業大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G06T7/00;G06T7/62;G06T7/11;G06T7/155;G06T5/00;G06T3/60
• 代理公司: 鄭州明華專利代理事務所(普通合伙) 41162
• 代理人: 高麗華

1.一種基于RGB-D深度相機的作物苗期高度檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、數據獲取：在作為冠層上方垂直俯視安裝深度相機和IMU姿態傳感器，在保證各數據時間幀一致且深度圖像與RGB圖像像素間的像素位置及大小相同的同時，通過數據通道從姿態傳感器中獲取深度、RGB圖像和姿態；

步驟二、基于RGB圖像尋找作物位置，包括以下步驟：

(1)采用超綠化算法強化RGB圖像中的綠色，弱化紅色和藍色得到超綠化圖像，

式中：R、G、B為RGB顏色空間中的像素通道值，ExG為超綠圖像；

(2)對超綠化圖像進行二值化分割得到二值化分割圖像，以圖像中的綠色區域作為地面植被的覆蓋范圍；

(3)對二值化圖像進行開運算和閉運算以消除噪點，然后采用腐蝕操作將連片作物株苗進行分離；

(4)在二值化圖像中尋找每一個獨立覆蓋范圍的輪廓，將每一個不被其他輪廓所包含的輪廓作為一個獨立的作物苗；

步驟三、通過姿態傳感器的數據計算獲得深度相機前后俯仰角和左右翻滾角，將計算的前后俯仰角和左右翻滾角與傳感器自身的前后俯仰角和左右翻滾角的誤差值進行對比，

(1)若前后俯仰角或左右翻滾角小于傳感器自身的俯仰角和翻滾角的誤差值，則認為在前后或左右方向上不存在傾角，不對該方向進行校正，直接向其作為深度圖像進行地面深度的計算；

(2)若前后俯仰角或左右翻滾角大于傳感器自身的俯仰角和翻滾角的誤差值，則認為前后或左右方向上存在傾角，計算出傾角α，然后對傾角α的方向進行姿態校正得到校正后的深度圖像；

步驟四、計算地面深度

(1)將步驟三得到的深度圖像進行灰度統計，以灰度值作為自變量、像素值作為因變量建立灰度分布曲線；

(2)對深度圖像的灰度分步曲線進行濾波得到濾波后的灰度分步曲線；

(3)在濾波后的灰度分步曲線中基于臨近值的極值尋找極大值點，選取最大灰度極值點作為地面深度；

步驟五、將深度圖像轉化成高程圖像

(1)將步驟三校正后的深度圖像進行2D濾波；

(2)將灰度值非0的像素值減去地面深度G；

(3)將圖像灰度值取負值以反轉Z軸；

(4)將小于0的像素值設為0獲得原點高度位于地面的高程圖像；

步驟六、測算單株作物高度

(1)從高程圖像中依據單株范圍截取局部圖像；

(2)去除局部圖像中灰度值為0的點，然后對局部圖像灰度值進行濾波除去其中的離散點，將局部圖像中的最高點作為該位置作物的高度值；或對作物范圍進行濾波，取區域中的最小值D_min，獲得該位置作物的高度H＝|G-Dmin|。

2.根據權利要求1所述的基于RGB-D深度相機的作物苗期高度檢測方法，其特征在于：步驟三中對傾角α的方向進行姿態校正的方法為：

(1)圖像中心像素點Pix₀(x₀,y₀)為坐標原點，將像素坐標系上一像素坐標Pix_i(p_x,h_p)轉換為世界坐標系內一點Pix(x,y)，

x＝(W/2-p_x)/W*tan(β)*h_p*2

y＝h_p

式中：W為校正方向上的圖像像素數(個)；β為相機在校正方向上的視場角(°)；h_p為像素在Z軸方向上的深度(mm)；

(2)將像素點Pix(x,y)繞圖像中心像素點Pix₀(x₀,y₀)逆時針旋轉傾角α后計算得到深度值y_i；

y_i＝(x-x₀)×sin(α)+(y-y₀)×cos(α)+y₀；

(3)將y_i重新賦值給像素Pix_i得到校正后的深度圖像。