一种基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统，涉及机器视觉以及机电控制领域，包括多目立体视觉技术，所述的多目立体视觉技术主要完成对成熟棉桃的识别与空间定位，以获取成熟棉桃的空间位置信息，还包括三轴加速度传感器与三轴陀螺仪，所述的三轴加速度传感器与三轴陀螺仪获取机组的运动与阵列电动缸的位姿信息。多目立体视觉技术所获取的信息与三轴加速度传感器及三轴陀螺仪所获取信息相融合，由控制器及驱动器控制阵列电动缸的运动到达指定位置获取成熟棉桃。本发明专利技术具有控制精确，实时高效等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于采棉机的控制系统，尤其涉及一种基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统，涉及机器视觉领域与机电控制领域。
技术介绍
我国的棉花种植面积近2800万亩，传统的采棉方式为人工采棉，每到采棉季节，都要投入大量的人力物力成本。近几年来，由于植棉效益不断下降，导致劳动力成本逐年上升，因此机械化采棉技术应运而生。目前国内棉农使用的采棉机绝大部分是由国外进口，采棉机要求棉花结铃性比较集中，果枝高度比较一致在离地18cm以上，果枝要短而上冲，株型紧凑，吐絮集中，采摘条件十分苛刻；采收时一次性采摘，破坏了棉花植株，采净率不高，降低了棉花产量，而且机采棉含杂高、长度偏短、短纤维含量高、加工质量差。随着现代计算机技术、现场总线技术与大规模集成电路技术的飞速发展，立体视觉技术日臻成熟，已经广泛应用在农业生产中。近年来，国内也有关于立体视觉应用于采棉机的研究，目前研究较多的是运用双目立体视觉进行地图导航、棉花定位，并且采用机械手臂采棉，采棉效率不高，定位不够准确，采净率不高。因此，本专利技术提出了一种基于多目立体视觉的多传感器信息融合的智能采棉机控制系统，运用多目立体视觉进行准确定位，并且采用高速数据处理器，精准、快速、实时控制采棉执行机构高效、优质采棉。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于多目立体视觉的多传感器信息融合的采棉机控制系统，可以实时地获取棉株的图像信息，并能快速、精确地控制电动缸采摘成熟棉花，具有实时、精确、高效等特点。本专利技术的技术方案为：一种基于多目立体视觉的多传感器信息融合的智能采棉机控制系统，包括多目立体视觉模块(1)、机组运行与位姿信息获取模块(2)和控制模块(3)。多目立体视觉模块包括3个彩色CCD相机、1个DSP数字图像处理器、1个FPGA现场可编程门阵列和1个SRIO高速串行接口，3个彩色CCD相机从三个角度获取目标的图像信息，由FPGA对CCD相机的图像数据进行采集并对图像进行预处理，再通过SRIO高速串行接口将FPGA处理过后的图像数据发送给DSP数字图像处理器，由DSP依照特定地算法高速地处理图像数据，以完成对成熟棉桃的识别与空间定位，然后将数据发送给控制模块。机组运行与位姿信息获取模块包括1个三轴加速度传感器和1个三轴陀螺仪，三轴加速度传感器获取采棉机的运行速度、加速度信息，三轴陀螺仪获取电动缸阵列相对棉花植株的角度位置信息，FPGA采集三轴加速度传感器与三轴陀螺仪所获取的信息并通过特定的算法进行处理以消除由于地面不平整造成的电动缸阵列与棉花植株的相对偏移。控制模块包括控制器和驱动器，控制器接收DSP处理后得到的成熟棉桃空间位置数据及FPGA处理后得到的机组运行与位姿数据，按照特定的规则进行判断并生成指令，再由驱动器驱动电动缸阵列的运动以抓取成熟棉桃。综上所述，本专利技术提供的基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统可以控制电动缸快速、准确的摘取成熟棉桃。采用多目立体视觉技术，不仅可以获取棉花的空间位置信息，确定棉花植株相对于电动缸阵列的空间相对位置，也可以利用所获取的图像进行有效分割，将棉花与背景分开，从而准确的确定成熟棉桃的空间位置；采用三轴加速度传感器与三轴陀螺仪可以有效的降低由于地面不平整所造成的电动缸阵列相对成熟棉花空间定位的影响；DSP与FPGA结合可以高速地处理图像数据以及各传感器的融合数据，满足控制系统实时性和高效性的要求。附图说明下面结合附图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3个CCD彩色相机的安装位置示意图。图3是本专利技术的多目立体视觉模块结构框图。图4是本专利技术的控制模块结构框图。具体实施方式图1是本专利技术的总体结构框图。多目立体视觉模块通过安装在机组上的3个CCD相机从3个不同的角度实时的拍摄棉花植株的图片，FPGA对CCD相机的图像数据进行采集并预处理，消除背景及噪声等干扰信息，通过SRIO高速串行接口将FPGA处理过后的图像数据发送给DSP数字图像处理器，由DSP依照特定地算法高速地处理图像数据，以完成对成熟棉桃的识别与空间定位，然后将数据发送给控制模块进行处理；同时，由三轴加速度传感器和三轴陀螺仪采集机组的运动的速度、加速度信息，以及执行机构相对于棉花植株的角度信息，并将数据发送给控制模块进行处理，再经控制器按照一定的规则将数据融合后编写成特定的指令，再由驱动器驱动电动缸阵列准确的抓取成熟棉桃。图2是本专利技术的3个CCD彩色相机的安装位置示意图。3个CCD相机分别从棉株上方和两侧获取图像信息，通过3个角度采集的图像可以较完整的得到植株及棉桃的位置信息。图3是本专利技术的多目立体视觉模块结构框图。3个CCD相机拍摄棉花植株的图像，由FPGA对图像数据进行采集并预处理，以去除背景信息及其他噪声，然后通过SRIO高速串行接口将预处理后的图像数据传输给DSP处理器中，DSP数据处理器同时进行棉花定位以及棉花与成熟棉桃的识别与分割。其中，棉花的定位需要对相机进行参数标定与优化，再将3个CCD相机的数据按照特定的算法进行计算，从而得到棉花的深度信息，以完成对棉花的定位；同时对去噪后的图像用特定的分割方法进行分割，以准确分离出成熟棉桃与棉铃，为成熟棉桃的准确抓取提供可靠信息。图4是本专利技术的控制模块结构框图。控制器接收DSP处理后得到的成熟棉桃空间位置数据及FPGA处理后得到的机组运行与位姿数据，按照特定的规则进行判断并生成指令，然后将指令发送给驱动器，再由驱动器驱动电动缸阵列的运动以抓取成熟棉桃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统，其特征在于：该系统包括多目立体视觉模块(1)、机组运行与位姿信息获取模块(2)和控制模块(3)；多目立体视觉模块(1)快速准确识别出成熟棉桃，并获取其空间位置信息；机组运行与位姿信息获取模块(2)为控制系统提供采棉机的运动信息及电动缸阵列的空间位姿信息；控制模块(3)接收由多目立体视觉模块及机组运行与位姿获取模块的信息并生成控制指令，控制电动缸阵列快速、精确抓取成熟棉桃。

【技术特征摘要】
1.一种基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统，其特征在于：
该系统包括多目立体视觉模块(1)、机组运行与位姿信息获取模块(2)和控制模块(3)；多目立体视觉模块(1)快速准确识别出成熟棉桃，并获取其空间位置信息；机组运行与位姿信息获取模块(2)为控制系统提供采棉机的运动信息及电动缸阵列的空间位姿信息；控制模块(3)接收由多目立体视觉模块及机组运行与位姿获取模块的信息并生成控制指令，控制电动缸阵列快速、精确抓取成熟棉桃。
2.根据权利1要求所述的基于多目立体视觉的智能采棉机控制系统，其特征在于，所述的多目立体视觉模块包括3个彩色CCD相机、1个DSP数字图像处理器、1个FPGA现场可编程门阵列和1个SRIO高速串行接口，3个彩色CCD相机从三个角度获取目标的图像信息，由FPGA对CCD相机的图像数据进行采集并对图像进行预处理，再通过SRIO高速串行接口将FPGA处理过后的图像数据发送给DSP数字图像处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王见，赵天阳，王作学，邓冰峰，周全，朱誉品，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85