[發明專利]一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統

有效

• 申請號: 202110878640.2
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113432597B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 夏俊芳;周明寬;張帥;衡一帆;國立偉;江锍;胡夢杰;劉政源
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/12;G01C11/00
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 閆露露

本發明公開了一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統，包括檢測單元，檢測單元與單片機模塊電性連接；針對戶外農業視覺導航易受光照變化的影響，提出HSV色彩空間，將色調與光照強度分離，試驗表明確定閾值后可實現全天光照變化下路徑的準確識別，針對柑橘園路面雜草密集，環境復雜多變的特點，提出識別樹冠與天空形成的天然路徑作為路徑識別的依據，試驗表明該路徑識別算法更加快速準確，滿足實際自主導航作業需求，通過設置輔助OPENMV模塊，使導航平臺自主轉向操作，提高導航平臺的整體性和創造性，實地作業時使導航平臺實現行間自主導航。

技術領域

本發明屬于農業管理技術領域，具體涉及一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統。

背景技術

農業機器人的自主導航作業，不僅可以將勞動者從重復單調的勞動中解放出來，而且可以提高農業作業精準度和工作效率。目前農業自主導航作業的研究主要包括激光定位導航、機器視覺導航和衛星定位導航(GPS)三種方式。衛星定位導航(GPS)可以獲得導航的絕對位置，但其抗干擾性差，受遮擋時容易丟失信號，獲取信息單一，成本昂貴；激光定位導航制造成本高，對外界光線，地面要求，能見度等環境要求相對較高；機器視覺導航技術具有信號探測范圍廣、信息豐富完整、非接觸測量和性價比高等優點，在無人機、手術器械、交通運輸、農業生產等領域領域得到廣泛應用。

但是，對于地面低洼不平，樹木低矮，雜草茂密等較為復雜戶外環境，在對農作物進行管理時，導致人工作業困難，成本昂貴的問題。

因此需要一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統，為行間管理提供動力行走基礎平臺。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統，以解決上述背景技術中提出的人工作業困難，成本昂貴的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種應用于復雜戶外環境行間管理的復合視覺導航系統，包括檢測單元，所述檢測單元包括速度傳感器、OPENMV模塊、MATLAB模塊和攝像頭，所述速度傳感器、所述OPENMV模塊、所述MATLAB模塊和所述攝像頭均與單片機模塊電性連接，所述單片機模塊與控制單元電性連接，所述控制單元與處理單元電性連接，所述處理單元與執行單元電性連接。

優選的，所述攝像頭位于控制柜的頂端，且所述攝像頭的仰視角度為135°，所述控制柜一側設置有所述OPENMV模塊，所述OPENMV模塊另一側設置有所述擋板，所述控制柜的型號為USB2.0 HD UVC WebCam。

優選的，所述執行單元包括左右驅動輪、履帶、直流電機和履帶底盤，所述執行單元位于所述擋板的下方，所述履帶底盤上設置有所述左右驅動輪和所述直流電機，所述左右驅動輪外側設置有所述履帶，所述左右驅動輪與所述直流電機的輸出端傳動連接，所述左右驅動輪軸端設置有速度傳感器。

優選的，所述MATLAB模塊通過調取語句videoinput獲取MJPG格式且有效像素為320像素×240像素的圖像，且所述圖像為RGB色彩圖片。

優選的，所述控制柜內部設置有圖像預處理模塊、形態學處理模塊和航線基準線確定模塊，所述圖像預處理模塊基于HSV顏色空間模型將圖像分為H通道(顏色的色相)、S通道(顏色的飽和度)和V通道(顏色的亮度)等三個互不干擾的通道，且色調值H處于0.18－0.413范圍內。

優選的，所述航線基準線確定模塊通過水平線與邊緣相交的兩側特征點進行再次篩選，分別定義為左側特征點left_point_x和右側特征點right_point_x，(n,m)為特征點的坐標，(n,m)∈(i,j)，且

左：

右：式中p(n,m)為邊緣的像素值，最終路徑的特征點為起始點和終止點的中點，特征點計算公式如下：