[發明專利]基于視覺的智能稻麥收割機撥禾輪位置測量方法

在審

• 申請號: 202111211806.1
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN114187353A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 聞敬謙;范銀冬;姚軼溥;甄曉陽
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/13;G06T7/80;G06K7/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.基于視覺的智能稻麥收割機撥禾輪位置測量方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟S1：在收割機駕駛臺前上方安裝單目相機，保證能夠同時拍攝到收割機的撥禾輪主軸、割臺；

步驟S2：對所述單目相機的內參進行標定，獲得相機內參矩陣；

步驟S3：在地面上確定一個地面坐標系，并標定所述相機確定的相機坐標系相對于地面坐標系的位姿；

步驟S4：在撥禾輪主軸上繞著粘貼一圈編碼條，所述編碼條用于確定一個編碼條坐標系，通過編碼條坐標系計算出撥禾輪主軸軸心線在所述編碼條坐標系中的位置；

步驟S5：由于割刀在作業時會被作物遮擋，所以在作業時不能實時獲知割刀的位置，需要通過中間轉換坐標系間接推算割刀的位置；所述中間轉換坐標系通過割臺上可見區域內的標定紙計算割刀位置，該標定紙粘貼在收割機割臺相對于割刀靜止的任意部件上，之后標定所述中間轉換坐標系和割刀所確定的割臺坐標系之間的位姿關系；

步驟S6：收割機作業過程中，所述相機實時拍攝撥禾輪主軸和割臺，將圖片傳輸給上位機處理，上位機程序根據拍攝到的圖片，定位出所述編碼條坐標系在相機坐標系中的位置，根據編碼條坐標系的位置，計算出撥禾輪主軸軸心線在所述相機坐標系中的空間位姿；

步驟S7：根據拍攝到的圖片，定位出所述中間轉換坐標系的位置，之后，根據中間轉換坐標系和割臺坐標之間的位姿關系，計算出撥禾輪主軸軸心線相對于割臺坐標系的位姿；

步驟S8：結合步驟S7得到的位姿，以及初始標定的相機坐標系相對于地面坐標系的位姿，計算出撥禾輪主軸軸心線相對于地面的高度，即實現撥禾輪作業位置測量。

優選的，所述步驟S7，通過模式識別算法，粗定位標定紙的位置，再通過角點檢測算法識別標定紙上的正方形角點；根據已知的四個角點在中間轉換坐標系上的空間坐標和在圖像上的像素坐標，求解PNP問題，計算出相機坐標系到中間轉換坐標系的轉換矩陣R_c-m和T_c-m，R_c-m和T_c-m分別是相機坐標系到中間轉換坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣。

2.如權利要求1所述的基于視覺的智能稻麥收割機撥禾輪位置測量方法，其特征在于：所述步驟S2，通過張正友標定法標定單目相機的內參矩陣。

3.如權利要求1所述的基于視覺的智能稻麥收割機撥禾輪位置測量方法，其特征在于：所述步驟S3為了標定相機相對于地面的位姿，作業之前在相機視野范圍內的地面上平放一塊棋盤標定板，以棋盤格標定板上某個正方形的角點作為原點O₀，正方形的兩個邊作為x軸和y軸，垂直于x軸和y軸所構成平面并向上的方向作為z軸正方向，建立初始地面坐標系O₀x₀y₀z₀；用迭代法、EPnP算法和P3P算法求解PNP問題，計算三種方法下相機在初始地面坐標系中的位姿和已知點的重投影誤差，最后選擇重投影誤差最小的位姿作為相機相對于初始地面坐標系的位姿；在收割機運動過程中，每個時刻n都有一個地面坐標系O_nx_ny_nz_n，相機坐標系相對于地面坐標系O_nx_ny_nz_n的位姿保持不變。

4.如權利要求1所述的基于視覺的智能稻麥收割機撥禾輪位置測量方法，其特征在于：所述步驟S4在撥禾輪主軸上粘貼的編碼條由黑白相間的矩形組成，并能保證每個時刻至少有一個矩形出現在相機視野中，且編碼條中的矩形其中一個方向的所有邊空間平行于撥禾輪主軸軸線。