基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，并对可见光相机进行畸变校正；对获取到的秧苗空间位置的亮度‑蓝色色度‑红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中秧苗空间位置分布图像序列进行灰度化处理；确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并且分割提取出目标秧苗的信息；提取秧苗所在空间区域的中心点；对提取得到的秧苗空间位置中心点进行拟合，获得秧苗位置分布对应的导航直线，通过该导航直线进行导航。本发明专利技术能够实现农业移栽机在田间自动导航行驶并插秧。

Intelligent path navigation method of agricultural transplanter based on DSP

The invention discloses an intelligent path navigation method of agricultural transplanter based on DSP, which models the agricultural transplanter with two visible cameras fixed, and corrects the distortion of the visible camera; samples the brightness \u2011 blue color \u2011 red color color space video signal of the obtained spatial position of the seedling, and then converts it into the super distribution of the spatial position of the seedling Green feature component video signal, and gray-scale processing of the image sequence of spatial position distribution of seedlings in the video; determining the threshold of gray-scale image of spatial position distribution of seedlings, and segmenting and extracting the information of the target seedlings; extracting the center point of the spatial area where the seedlings are located; fitting the center point of the spatial position of seedlings to obtain the navigation corresponding to the location distribution of seedlings Line, through which to navigate. The invention can realize the automatic navigation driving of the agricultural transplanter in the field and transplanting seedlings.

【技术实现步骤摘要】
基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法
本专利技术属于农业移栽机的智能路径导航
，具体涉及一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法。
技术介绍
当前中国经济快速发展，科学技术不断发展进步，国家大力推行农耕机械化，农业也逐渐向着现代化农业发展。虽然传统的农业机械可以代替农民的很大一部分劳动，在很大程度上缓解农民在耕作时的劳累，但仍然需要人的操控来完成耕种。由于人在长时间驾驶农业机械进行耕种时，容易出现注意力不集中导致机器行驶时偏航，从而导致漏播重播等现象，导致耕种不精细、耕种土地资源浪费等问题。因此，如何更好地规划农业机器的田间行驶路径，控制农业机械自动完成耕种操作，研制出农业移栽机的智能路径导航系统显得尤为重要。目前已有的农业移栽机大部分都需要人手动进行控制完成农作物的移栽，由于耕作环境复杂多样，现有的农业移栽机还不能实现自动规划路径、智能导航并播种的功能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，该方法为：对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，并对可见光相机进行畸变校正；对获取到的秧苗空间位置的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再将下采样后的秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中秧苗空间位置分布图像序列进行灰度化处理；对灰度化的秧苗空间位置分布图像序列中每一帧秧苗空间位置分布灰度图像通过均值方差法确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并使用阈值分割提取出目标秧苗的信息；通过形态学滤波去除秧苗空间位置分布灰度图像中的干扰物，再通过基于密度的聚类方法提取秧苗所在空间区域的中心点；对提取得到的秧苗空间位置中心点进行拟合，获得秧苗位置分布对应的导航直线，通过该导航直线对农业移栽机进行导航和插秧控制。上述方案中，所述对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，具体为：使用像素坐标系XOY作为建模时的参照坐标系，假设秧苗空间位置分布图像中距离移栽机最近的禾苗位置拟合直线为y＝kx+b，其中k为该直线的斜率，b为截距，将该拟合直线作为导航直线；设农业移栽机行驶方向和导航直线的夹角为ω(-90°<ω<90°)，将农业移栽机行驶方向逆时针旋转角度ω后与导航直线重合时ω为正，反之为负，根据导航直线和行驶方向的几何关系可得ω＝arctan(-1/k)，(k≠0)；秧苗空间位置分布图像中心C在可见光相机坐标系里面的坐标为(xC，yC)，可得秧苗空间位置分布图像中心和导航直线的距离lou为根据可见光相机的线性成像性质可知在现实世界中实际的中心点和禾苗所在直线的距离L为其中H为可见光相机与地面之间的高度，f为可见光相机的焦距，α是比例系数。上述方案中，所述对可见光相机进行畸变校正，具体为：使用公式对可见光相机进行畸变校正，求得空间物体在没有畸变情况下在像素坐标系中的理想坐标；式中q为距离参数，q2＝x2+y2，其中(x,y)为秧苗空间位置分布图像坐标系中的坐标；(u0,v0)为秧苗空间位置分布图像坐标系原点O0在像素坐标系上的坐标；(u′,v′)为空间物体在像素坐标中的实际坐标点；(u,v)为待求空间物体在像素坐标中的理想坐标点，k1、k2、k3为畸变系数。上述方案中，对获取到的秧苗空间位置的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再将下采样后的秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中秧苗空间位置分布图像序列进行灰度化处理，具体为：使用固定在农业移栽机前端两侧的两个可见光相机正对着地面成像，获得秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号，使用长宽各为1/4的随机下采样，将上述视频信号中大小为640×480大小的秧苗空间位置分布图像序列下采样转化成160×120大小的秧苗空间位置分布图像序列，再使用公式SuperGreen＝-7.838(Cb-128)-3.222(Cr-128)将亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成超绿特征分量视频信号，式中SuperGreen为超绿特征分量，Cb，Cr分别为亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间中蓝色和红色的色度信息，然后将超绿特征分量视频信号中的秧苗空间位置分布图像序列转化成秧苗空间位置分布灰度图像序列。上述方案中，所述对灰度化的秧苗空间位置分布图像序列中每一帧秧苗空间位置分布灰度图像通过均值方差法确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并提取出目标秧苗的信息，具体为：使用公式t＝e+w·std计算出秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，式中，e为秧苗空间位置分布灰度图像灰度的均值，Std为秧苗空间位置分布灰度图像的标准差，w为常数，t为计算得到的阈值，再使用公式对秧苗空间位置分布灰度图像进行阈值分割，式中，f(x,y)为秧苗空间位置分布灰度图像中点(x,y)处的灰度值，t为使用公式t＝e+w·std计算出秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，ft(x,y)是经过分割后的点(x,y)的值。上述方案中，所述对灰度化的秧苗空间位置分布图像序列中每一帧秧苗空间位置分布灰度图像通过均值方差法确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并提取出目标秧苗的信息，具体为：采用数学形态学中的开运算对阈值分割后的秧苗空间位置分布灰度图像进行滤波处理，去除秧苗空间位置分布灰度图像中干扰物；再使用参数邻域为5，邻域密度为30的基于密度的聚类方法获取秧苗所在空间区域的中心点。上述方案中，所述对提取得到的秧苗空间位置中心点进行拟合出秧苗位置分布对应的导航直线，通过该导航直线对农业移栽机进行导航和插秧控制，具体为：对于在农业移栽机左侧的可见光相机，使用20×120像素的移动感兴趣框从右往左遍历二次筛选直线拟合点，只有当感兴趣框中的点数大于等于3时，才对当前框中的秧苗空间位置中心点使用最小二乘法进行直线拟合，否则继续以步长为8个像素单位的方式继续移动感兴趣框，直到满足条件；对于在农业移栽机右侧的可见光相机，则移动感兴趣框从左往右遍历二次筛选直线拟合点，其他步骤和左侧一致；拟合好的直线作为导航直线，将导航直线的斜率截距代入ω＝arctan(-1/k)，(k≠0)和中，得到农业移栽机的行驶姿态调整参数，用于指引农业移栽机自动完成行驶和插秧的工作。与现有技术相比，本专利技术能够实现农业移栽机在田间自动导航行驶并插秧，在机械化的基础上进一步减轻人的工作负担。附图说明图1为本专利技术中的可见光相机安装位置模型俯视图；图2为本专利技术中的可见光相机视场角示意图；图3为本专利技术中的可见光相机畸变示意图；图4为本专利技术中的可见光相机采集图像场景模型图；图5为本专利技术中的禾苗空间位置原始分布图、下采样分布图和超绿特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，其特征在于，该方法为：/n对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，并对可见光相机进行畸变校正；/n对获取到的秧苗空间位置的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再将下采样后的秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中秧苗空间位置分布图像序列进行灰度化处理；/n对灰度化的秧苗空间位置分布图像序列中每一帧秧苗空间位置分布灰度图像通过均值方差法确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并使用阈值分割提取出目标秧苗的信息；/n通过形态学滤波去除秧苗空间位置分布灰度图像中的干扰物，再通过基于密度的聚类方法提取秧苗所在空间区域的中心点；/n对提取得到的秧苗空间位置中心点进行拟合，获得秧苗位置分布对应的导航直线，通过该导航直线对农业移栽机进行导航和插秧控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，其特征在于，该方法为：
对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，并对可见光相机进行畸变校正；
对获取到的秧苗空间位置的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再将下采样后的秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中秧苗空间位置分布图像序列进行灰度化处理；
对灰度化的秧苗空间位置分布图像序列中每一帧秧苗空间位置分布灰度图像通过均值方差法确定秧苗空间位置分布灰度图像的阈值，并使用阈值分割提取出目标秧苗的信息；
通过形态学滤波去除秧苗空间位置分布灰度图像中的干扰物，再通过基于密度的聚类方法提取秧苗所在空间区域的中心点；
对提取得到的秧苗空间位置中心点进行拟合，获得秧苗位置分布对应的导航直线，通过该导航直线对农业移栽机进行导航和插秧控制。


2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，其特征在于，所述对固定有两个可见光相机的农业移栽机进行数学建模，具体为：使用像素坐标系XOY作为建模时的参照坐标系，假设秧苗空间位置分布图像中距离移栽机最近的禾苗位置拟合直线为y＝kx+b，其中k为该直线的斜率，b为截距，将该拟合直线作为导航直线；设农业移栽机行驶方向和导航直线的夹角为ω(-90°<ω<90°)，将农业移栽机行驶方向逆时针旋转角度ω后与导航直线重合时ω为正，反之为负，根据导航直线和行驶方向的几何关系可得ω＝arctan(-1/k)，(k≠0)；秧苗空间位置分布图像中心C在可见光相机坐标系里面的坐标为(xC，yC)，可得秧苗空间位置分布图像中心和导航直线的距离lou为



根据可见光相机的线性成像性质可知在现实世界中实际的中心点和禾苗所在直线的距离L为



其中H为可见光相机与地面之间的高度，f为可见光相机的焦距，α是比例系数。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，其特征在于，所述对可见光相机进行畸变校正，具体为：使用公式



对可见光相机进行畸变校正，求得空间物体在没有畸变情况下在像素坐标系中的理想坐标；式中q为距离参数，q2＝x2+y2，其中(x,y)为秧苗空间位置分布图像坐标系中的坐标；(u0,v0)为秧苗空间位置分布图像坐标系原点O0在像素坐标系上的坐标；(u′,v′)为空间物体在像素坐标中的实际坐标点；(u,v)为待求空间物体在像素坐标中的理想坐标点，k1、k2、k3为畸变系数。


4.根据权利要求3所述的一种基于DSP的农业移栽机智能路径导航方法，其特征在于，对获取到的秧苗空间位置的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号进行下采样，再将下采样后的秧苗空间位置分布的亮度-蓝色色度-红色色度颜色空间视频信号转化成秧苗空间位置分布的超绿特征分量视频信号，并对视频中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周慧鑫，阳文涛，韦顺，于跃，宋江鲁奇，向培，杨官坤，赵东，张喆，秦翰林，王炳健，赖睿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61