一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法
2023-04-29 21:56:01 1
專利名稱：一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法
技術領域：
本發明屬於計算機視覺圖象處理應用領域，涉及一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法。
背景技術：
目前，人們對機械的自動化程度要求越來越高；機械自動化作業及其機器人的發展是未來機械化發展方向；定位對自動作業車輛、機器人來說，非常重要。車輛、機器人在自動作業時，必須知道自己的位置，才可以決定機器人能否按要求完成下一步的執行任務。圖像處理技術定位從圖像中抽出特徵從控制的範圍分為局部定位和全球定位；局部定位運用於一定範圍內的作業，計算機圖象處理一般抽取有特色的特徵物作為定位的基準，特徵物分為自然物體和人工設置；全球定位，比如現在流行使用的GPS技術。從定位的性質分為幾何定位和拓撲定位。幾何定位能知道機器人的具體位置，拓撲定位是確定機器人在一定的可允許的範圍路徑內，並不知道詳細的幾何位置；對於各種機器人的定位研究不少，現在用於室外的機器人及車輛的定位基本上運用GPS技術，該定位技術誤差比較大；在樹林、房屋遮掩區域，因微波信號不能傳輸而不能使用；另外近年來一種在GPS技術上發展的RTK-GPS 技術，精度較高，但是價格昂貴。普通的車輛和作業機械尤其是農業機械及農業運輸車，作業環境場所面積比較惡劣，尤其溫室作業，GPS技術根本不可能實現自動導航定位。全方位視覺傳感器是一種新型的視覺傳感器，它能提供360度範圍的豐富的信息，圖像不會隨傳感器的旋轉改變圖像，有利於減少車輪滑移和震動的部分負面影響，而且價格便宜，被廣泛應用在機器人領域；在機器人定位方向也得到了應用，但其使用原理和方法一般是在作業環境中人工設置特徵物體或利用自然的特徵物體，通過圖像處理技術抽取特徵值，然後通過圖像匹配找到特徵點或特徵點區域來分析拓撲定位；該定位一般計算過程複雜、運行時間長，實用性不太好。發明專利一種自動導航定位裝置及方法(申請號 200910044412. 4)，針對作業的車輛、機器人，尤其是作業環境比較固定，田間、溫室、廠房等，以及GPS技術不能使用的區域，利用全方位視覺傳感器和計算機視覺圖像處理技術開發的一種自動導航定位裝置及方法，該發明可代替GPS在一些特殊場合進行定位，運行速度較快、使用範圍廣、實用性強、價格便宜。該發明使用了 4個標識配合全方位視覺傳感器來完成定位；由于田間道路較窄，布置4個標識費時，妨礙農業機械的行駛、GPS價格貴且存在使用限制等缺點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提出一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法，該農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法可代替GPS進行定位，運行速度較快、使用範圍廣、實用性強、價格便宜。本發明的技術解決方案如下一種農業機械的田間道路自動導航定位方法，包括以下步驟
步驟1 準備工作在道路的同一側設定2個有色標識L1和L2，在待定位的作業車上設有全方位視覺傳感器，全方位視覺傳感器拍攝當前的包含有2個有色標識成像的全方位圖像；步驟2 測量在全方位圖像中的投影中心分別到2個有色標識成像的成像實際距離，進而根據以下公式算出現實環境中作業車分別到2個有色標識的距離rl和r2 ；並根據全方位圖像獲得2個有色標識與全方位視覺傳感器形成的方位角度θ工；由成像實際距離計算空間距離的公式如下
權利要求
1. 一種農業機械的田間道路自動導航定位方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟1 準備工作在道路的同一側設定2個有色標識L1和L2，在待定位的作業車上設有全方位視覺傳感器，全方位視覺傳感器拍攝當前的包含有2個有色標識成像的全方位圖像；步驟2:測量在全方位圖像中的投影中心分別到2個有色標識成像的成像實際距離，進而根據以下公式算出現實環境中作業車分別到2個有色標識的距離rl和r2 ；並根據全方位圖像獲得2個有色標識與全方位視覺傳感器形成的方位角度θ工； 由成像實際距離計算空間距離的公式如下
2.根據權利要求1所述的農業機械的田間道路自動導航定位方法，其特徵在於，步驟3 中，3個候選位置的坐標的求取方法如下首先，以某一個有色標識為原點，以兩個標識的連線作為平面坐標的一個坐標軸，建立實際環境的平面坐標系；(xa，ya)為標識L1在所述平面坐標系中的位置坐標，(xb，yb)為標識L2在所述平面坐標系中的位置坐標；I)第一候選位置Il的坐標的求法 根據公式
3.根據權利要求1或2所述的農業機械的田間道路自動導航定位方法，其特徵在於，成像實際距離的求取方法為首先計算有色標識成像到全方位視覺傳感器投影中心的成像像素距離，再將該成像像素距離乘以標定像素距離計算成像實際距離。
4.根據權利要求3所述的農業機械的田間道路自動導航定位方法，其特徵在於，標定像素距離為 0. 01389inch/pixel。
5.一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置，其特徵在於，在在作業車所行使的道路的同一側設定2個有色標識，在待定位的作業車上設有用於拍攝全方位圖像的全方位視覺傳感器，在作業車上還設有微處理器，微處理器中包含有1)用於從全方位圖像中獲取投影中心到2個有色標識的距離rl和r2、以及根據全方位圖像獲得2個有色標識與全方位視覺傳感器形成的方位角度θ 1的圖像處理單元和2~)用於根據權利要求2的農業機械的田間道路自動導航定位方法最終求出定位坐標的定位坐標計算單元。
6.根據權利要求5所述的農業機械的田間道路自動導航定位裝置，其特徵在於，所述的全方位視覺傳感器採用雙曲面透鏡。
全文摘要
本發明公開了一種農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法，在作業車所行使的道路的同一側設定2個有色標識，在待定位的作業車上設有用於拍攝全方位圖像的全方位視覺傳感器，在作業車上還設有微處理器，微處理器中包含有1)用於從全方位圖像中獲取投影中心到2個有色標識的距離r1和r2、以及根據全方位圖像獲得2個有色標識與全方位視覺傳感器形成的方位角度θ1的圖像處理單元和2)用於根據農業機械的田間道路自動導航定位方法最終求出定位坐標的定位坐標計算單元。該農業機械的田間道路自動導航定位裝置及方法可代替或補償GPS進行定位，運行速度較快、使用範圍廣、實用性強、價格便宜。
文檔編號G01C21/00GK102183250SQ20111000778
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者戴思慧, 李明 申請人:湖南農業大學