农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法和系统，该方法包括：进行相机标定，得到相机内参和相机的安装参数；根据相机内参和相机的安装参数，构建单点透视坐标转换公式；其中，单点透视坐标转换公式用于将透视图片中任一点的坐标转换为世界坐标系对应的坐标，以及逆透视图中对应的坐标；农机作业过程中，在相机所采集到的透视图片内选取ROI顶点，并根据单点透视坐标转换公式和ROI顶点，确定逆透视变换矩阵；根据逆透视变换矩阵，对ROI顶点确定的区域范围内的各个单点进行逆透视变换，得到消除透视效应后的逆透视图。从而可以实现空间ROI到图像ROI的端到端直接转化，显著降低图像运算量。

【技术实现步骤摘要】
农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法和系统
本专利技术涉及图像处理
，具体地，涉及农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法和系统。
技术介绍
作业农机前方环境感知是实现农机无人化作业的基础，而视觉技术是农机环境感知的常用技术。不同于一般工业应用场合中相机成像轴线垂直于被感知对象，为了使得前视视距较远以便采集远端田地状况，农机前方作业环境感知时相机安装在一定高度并以一定的俯视角度针对前方田地，得到近大远小、无穷远处行线相交的透视图像。具体地，类似平行的作物行线在图像中聚向远方，矩形的田地在透视图中呈现成近大远小的四边形。透视图像中对应越远方的部分不属农机作业的区域越多。由于视觉感知最终应提交与实地相符的处理结果，如作物行线，用于指导农机作业操作。同一田地的作物行行线间距、作物尺度、行线方向等具有一定的一致性。为便于指导后续操作、简化算法，提高识别率及识别精度，农机前方田地视觉感知中应进行消除透视效应的前道处理。其中，消除透视效应包括二个操作，一个操作是对透视引起的近大远小的感兴趣区域(ROI)载剪；另一操作是对透视ROI内各点进行逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，包括：/n步骤1：进行相机标定，得到相机内参和相机的安装参数；/n步骤2：根据所述相机内参和所述相机的安装参数，构建单点透视坐标转换公式；其中，所述单点透视坐标转换公式用于将透视图片中任一点的坐标转换为世界坐标系对应的坐标，以及逆透视图中对应的坐标；/n步骤3：农机作业过程中，在相机所采集到的透视图片内选取ROI顶点，并根据所述单点透视坐标转换公式和所述ROI顶点，确定逆透视变换矩阵；/n步骤4：根据所述逆透视变换矩阵，对所述ROI顶点确定的区域范围内的各个单点进行逆透视变换，得到消除透视效应后的逆透视图。/n

【技术特征摘要】
1.一种农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，包括：
步骤1：进行相机标定，得到相机内参和相机的安装参数；
步骤2：根据所述相机内参和所述相机的安装参数，构建单点透视坐标转换公式；其中，所述单点透视坐标转换公式用于将透视图片中任一点的坐标转换为世界坐标系对应的坐标，以及逆透视图中对应的坐标；
步骤3：农机作业过程中，在相机所采集到的透视图片内选取ROI顶点，并根据所述单点透视坐标转换公式和所述ROI顶点，确定逆透视变换矩阵；
步骤4：根据所述逆透视变换矩阵，对所述ROI顶点确定的区域范围内的各个单点进行逆透视变换，得到消除透视效应后的逆透视图。


2.根据权利要求1所述的农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，所述步骤1中的相机内参包括：相机横向视场角、相机纵向视场角、相机横向分辨率、相机纵向分辨率；所述相机的安装参数包括：相机安装俯仰角、相机安装高度。


3.根据权利要求1所述的农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，所述步骤2中单点透视坐标转换公式如下：






其中，x表示世界坐标系下的X轴坐标，y表示世界坐标系下的Y轴坐标，u表示透视图片中某一点的X轴坐标，v表示透视图片中某一点的Y轴坐标，h表示相机安装高度，M表示相机纵向分辨率，θ表示相机安装俯仰角，2α表示相机纵向视场角，2β表示相机横向视场角，N表示相机横向分辨率，u'表示透视图片中某一点在逆透视图中对应的X轴坐标，v'表示透视图片中某一点在逆透视图中对应的Y轴坐标，C表示重构成像的像素当量。


4.根据权利要求1所述的农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，所述步骤3包括：
农机作业过程中，根据作业感知要求的前向距离、横向距离，在相机所采集到的透视图片内选取梯形区域的四个ROI顶点(ui,vi)，其中，ui表示第i个ROI顶点的横坐标，vi表示第i个ROI顶点的纵坐标，i＝1,2,3,4；
令



其中，ui'表示基于单点透视坐标转换公式计算得到的第i个ROI顶点的横坐标，vi'表示基于单点透视坐标转换公式计算得到的第i个ROI顶点的纵坐标；A表示逆透视变换矩阵，a11表示逆透视变换矩阵第1行第1列的元素，a12表示逆透视变换矩阵第1行第2列的元素，a13表示逆透视变换矩阵第1行第3列的元素，a21表示逆透视变换矩阵第2行第1列的元素，a22表示逆透视变换矩阵第2行第2列的元素，a23表示逆透视变换矩阵第2行第3列的元素，a31表示逆透视变换矩阵第3行第1列的元素，a32表示逆透视变换矩阵第3行第2列的元素。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的农机前方作业环境视觉感知透视效应的消除方法，其特征在于，所述步骤4包括：
在所述ROI顶点确定的区域范围内选择P个单点，通过所述逆透视变换矩阵将所述P个单点进行逆透视变换，得到对应的P个目标点；其中，P为大于1的自然数；
基于所述目标点，进行插值运算，得到Q个像素点，Q为大于P的自然数；
基于所述Q个像素点，生成消除透视效应后的逆透视图。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，解印山，张岩，李文涛，莫锦秋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31