基于DSP和双目视觉的微型农业机械导航与远程监控系统，包括双目视觉导航子系统和远程监控子系统，双目视觉导航子系统包括图像采集装置、DSP图像处理装置和控制装置。图像采集装置即双目CCD摄像机将采集的模拟视频信号传至视频解码器，并转换为数字视频信号，由DSP图像处理装置运用双目视觉技术处理，获得导航路径和障碍物的三维坐标，经过摄像机标定获得导航参数，输出给控制装置，即由单片机解码将控制信号传至液压系统，进而控制相应液压油路的通断以实现微型农业机械的前进、左右转向及机具升降。同时，还可以实时地将图像信息无线传至远程PC机，若出现突发状况(如自动导航系统失灵、前方有障碍等)，用户可远程控制机械。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种农业机械的导航系统，尤其涉及一种适用于微型农业机械的基于 DSP和双目视觉的导航与远程监控系统，可实现微型农业机械在田间的自主行走和用户的远程监控。
技术介绍
我国是一个发展中的农业大国，近年来，虽然我国农业机械化水平已大幅提高，但智能化水平仍然较低，由于农田劳动环境恶劣，广大农民依然面临着劳动强度大、劳动条件艰苦、劳动效率低的困难。据统计，我国的稻谷、小麦等主要农作物的生产成本中，人工费用平均占到45%，而发达国家农产品人工费用不到10%。因此，采用智能农业机械导航系统代替人工操作具有不可言喻的优越性。目前，机器视觉技术已经较成熟地应用于工业、军事领域，在农业领域的关注也越来越广泛，但以单目视觉技术为主，其只能获得目标物的二维信息，而双目视觉具有高效率和高精度的优点，能够获得目标物的深度信息，为克服农田作业环境复杂、不确定因素多等困难提供了技术依据。而且，农田作业环境的复杂多变，要求农业导航系统具有更高的实时性和精准性， 这使得农业机械导航系统比一般工业机器人的应用难度更大，并对核心处理器提出了更高的要求。硬件装置作为各种技术的载体，其水平直接影响到系统的整体性能。传统的基于 PC机的机器视觉系统体积庞大，功耗高，实时性较差，因此多用于算法研究和仿真；DSP即数字信号处理技术成熟的信号处理芯片因具有强大的处理能力和高运行速度，且体积小、 功耗低，其技术和结构特性方面均比通用PC机具有较大的优势，能够满足在复杂的农田环境下进行大量的实时数据处理的需求，更有专门用于视频图像处理的DSP处理芯片，可以更加快速、准确地实现农业机器人导航。因此本专利技术提出了一种能够满足农田路径导航实时性和精确度要求的基于DSP 和双目视觉的微型农业机械导航系统，且与远程监控系统相耦合，能更好地保障农业机械工作的安全性和准确性。
技术实现思路
为了能够适应机电一体化的发展，实现农业机械的智能化，本专利技术提供了一种适用于微型农业机械的基于DSP和双目视觉的导航与远程监控系统，可实现微型农业机械在田间的自主行走，或配备不同机具完成开沟、施肥、除草等作业，更有远程监控系统与之耦合，操作简便，安全可靠。基于DSP和双目视觉的微型农业机械导航与远程监控系统，包括双目视觉导航子系统和远程监控子系统，其中双目视觉导航子系统包括三部分图像采集装置、DSP图像处理装置和控制装置。图像采集装置即双目C⑶摄像机采集到的模拟视频信号，传至视频解码器，将其转换为数字视频信号，由DSP图像处理装置处理图像，采用双目视觉技术，最终获得导航路径和障碍物的三维坐标，经过摄像机标定获得导航参数，并输出给控制装置，即由单片机经过解码将控制信号传输给液压驱动装置，进而控制相应液压油路的通断以实现农业微型机械的前进、左右转向以及机具的升降。同时，还可以实时地将现场的图像信息无线传输给远程PC机，若出现突发状况(如自动导航系统失灵、前方有障碍等)，可以人为远程控制微型农业机械。双目视觉导航子系统由以下三部分构成图像采集装置，包括两个CXD摄像机和两片视频解码器。视频解码器将CXD采集到的模拟视频数据转换为适用于图像处理的数字视频，作为DSP图像处理装置的输入信号。DSP图像处理装置，包括DSP核心处理器、电源模块、外部数据存储器、FLASH单元、 视频编码器以及以太网接口等外设单元。其中，图像处理算法的核心代码固化在FLASH单元中。控制装置，包括1片单片机控制器和液压驱动装置。DSP图像处理装置将导航参数输出给单片机，由单片机经过解码将控制信号传输给液压驱动装置，进而控制相应液压油路的通断以实现农业微型机械的前进、左右转向以及机具的升降。系统上电后，首先由DSP处理器对视频编解码器、FLASH单元、外部存储器等外设单元进行初始化，然后由两个CCD摄像机采集到的图像经过视频解码器解码存储到DSP的高速缓存中，DSP处理器通过中断请求一边从缓存中读取图像数据一边处理数据，处理数据时，运用双目视觉技术，从两个视点观察同一场景，以获取不同视角中的图像，在完成摄像机标定后，利用三角测量原理，经过立体匹配、深度信息提取及三维重建，解决两幅图像的像素点之间的对应关系，从而得到导航参数和障碍物的三维坐标，同时将图像数据存储到外部存储器，经过视频编码后用于远程传输。经过图像处理获得的导航参数传输给控制装置，从而实现微型农业机械的自主导航。远程监控子系统包括无线数传模块、无线网桥模块、监控PC机等，该子系统可以远程传输两种信号图像信号和控制信号。存储在DSP中的数字视频数据经过视频编码器编码，由前端无线网桥远程传输给PC机端的后端网桥，并显示在PC端的人机界面，当出现突发状况(如自动导航系统失灵、前方有障碍等)时，用户可通过人机界面发送控制命令， 控制信号由无线发射模块发射，微型农业机械端的无线接收模块接收，然后传输给控制装置，实现对农业机械的远程控制。综上所述，本专利技术提供的微型农业机械导航与远程监控系统，可实现微型农业机械在田间的自主行走，并对其进行远程监控。选用DSP高速图像处理器，满足了本专利技术对实时性的要求；采用双目视觉技术，实现了在获取导航路径的同时得到障碍物的深度信息，提高了导航的准确性；与远程监控装置耦合，可以实时监控机械的作业情况，增加了整个系统的安全性。附图说明下面结合附图和实施进一步说明本专利技术。图1是本专利技术的总体结构框图。图2是本专利技术的系统示意图。图3是本专利技术双目视觉导航子系统的结构框图。图4是本专利技术远程监控子系统的示意图。图中，1为双目视觉图像采集装置，2为控制装置，3为DSP图像处理装置，4为远程监控装置，5为远程监控子系统，6为双目视觉导航子系统，7为CXD摄像机，8为视频解码器，9为DSP处理器及其外设电路板，10为单片机控制器及其外围电路，11为液压系统，12 为远程监控PC机，13为无线接收模块，14为无线发送模块，15为后端无线网桥，16为前端无线网桥，17为天线，18为视频编码器。图1为本专利技术的总体结构框图。本专利技术包括四个部分图像采集装置、DSP图像处理装置、控制装置和远程监控装置。由图像采集装置采集农田环境信息并进行视屏解码， DSP图像处理装置处理采集到的图像信号，将得到的导航参数传至控制装置，由单片机驱动液压系统，进而控制相应液压油路的通断以实现微型农业机械的前进、左右转向等动作；同时，用户还可以通过无线远程监控装置对微型农业机械进行远程监控。图2为本专利技术的系统示意图。本专利技术包括微型农业机械端的双目视觉导航子系统和远程监控子系统，双目视觉导航子系统包括图像采集装置、DSP图像处理装置和控制装置，远程监控子系统包括监控PC机、无线数传模块和无线网桥模块等。双目视觉导航子系统安装于微型农业机械，DSP图像处理装置将采集到的图像数据进行处理，输出导航参数， 传至控制装置，进而控制机械动作，实现微型农业机械在田间的自动导航，并可配备不同机具进行开沟、喷药、除草等作业。图3为本专利技术双目视觉导航子系统的结构框图。该子系统包括2个C⑶摄像机、2 个视频解码器、DSP核心处理器及其外设单元、单片机控制器和液压系统。以DSP处理器为核心，视频解码器与处理器的VP 口相连，C⑶摄像机接到视频解码器，外部存储器与FLASH 单元通过EMIF总线与处本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于ＤＳＰ和双目视觉的微型农业机械导航与远程监控系统，包括双目视觉导航子系统和远程监控子系统，其中双目视觉导航子系统包括三部分：图像采集装置、ＤＳＰ图像处理装置和控制装置，其特征是：图像采集装置即双目ＣＣＤ摄像机将采集到的模拟视频信号传至视频解码器，并转换为数字视频信号，由ＤＳＰ图像处理装置处理图像，采用双目视觉技术，最终获得导航路径和障碍物的三维坐标，经过摄像机标定获得导航参数，并输出给控制装置，即由单片机经过解码将控制信号传输给液压驱动装置，进而控制相应液压油路的通断以实现农业微型机械的前进、左右转向以及机具的升降。同时，还可以实时地将现场的图像信息无线传输给远程ＰＣ机，若出现突发状况（如自动导航系统失灵、前方有障碍等），可以人为远程控制微型农业机械。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨福增，刘珊，陈丽萍，王元杰，徐新星，陈晨宗，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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