基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法，用于在返青期小麦植保作业前，对喷杆喷雾机的各相机进行标定，确定出每一个喷头对应检测区域在图像中的位置。方法包括：标定前准备；获取地面棋盘格图像和标识板平面棋盘格图像；识别标识板，确定喷头在图像中的位置；将图像中的喷头交点映射至标识板坐标系；喷头交点投影至地面；引入参数，确定喷头对应区域；将喷头对应检测区域返回图像坐标系，获取图像感兴趣区域。本发明专利技术由黑白棋盘格图像建立三维坐标系，通过标识板和黑白棋盘格快速确定喷头对应区域在图像中的位置，即感兴趣区域，无需人工测量相机的高度，俯仰角等信息，降低人工误差，具有通用性好、准确度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法
本专利技术涉及一种基于机器视觉的智能标定方法，特别涉及一种基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法。
技术介绍
随着精准农业的不断发展，变量喷药技术成为精准智能施药技术的重要组成部分，其应用可以改变我国传统大面积平均喷药方式，能够有效减少农药使用量，促进农药合理使用，有助于保护环境，降低对绿色食品作物的危害。其中，以视觉传感器为主的感知技术日益成为研究的热点。机器视觉技术已广泛应用于各种农田作业(如除草，喷药，播种，收获等)过程中，其作业的效果直接影响到农业机械的效率、可靠性及稳定性。与世界先进农业国相比,我国精准智能喷药技术水平还比较落后,用于喷药的传统植保机械不考虑不同地块受病虫草害的情况,采取大面积均量投入的喷药方法,导致农药在部分田地用量不足,在部分田地用量过度。现有变量喷药的主要应用途径有：一、利用处方图对农田的病虫草害进行评判，不同位置喷施不同药量，但是这种处方图的方法在除草前期需要对农田中的点进行采集并且评判，效率较低；二、使用对靶喷药的变量喷药方式，利用图像分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法，用于在返青期小麦植保作业前，对喷杆喷雾机(6)的各相机(1)进行标定，确定出每一个喷头对应检测区域(5)在图像中的位置，所述喷杆喷雾机(6)包括垂直于机具前进方向的具有多个喷头(7)的喷杆(4)和多个朝向地面作物且位于喷杆(4)上方的相机(1)，其特征在于，该方法包括如下步骤：/nS1、标定前准备；/n在每一个喷头(7)的正上方各设置与机具前进方向平行的喷头标识板(2)；在每个相机(1)的采集区域内各设置与喷杆(4)平行的喷杆标识板(3)，喷头标识板(2)和喷杆标识板(3)位于同一水平的标识板平面(11)内；将黑白棋盘格标定板(9)分...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的小麦返青期喷雾感兴趣区域智能标定方法，用于在返青期小麦植保作业前，对喷杆喷雾机(6)的各相机(1)进行标定，确定出每一个喷头对应检测区域(5)在图像中的位置，所述喷杆喷雾机(6)包括垂直于机具前进方向的具有多个喷头(7)的喷杆(4)和多个朝向地面作物且位于喷杆(4)上方的相机(1)，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、标定前准备；
在每一个喷头(7)的正上方各设置与机具前进方向平行的喷头标识板(2)；在每个相机(1)的采集区域内各设置与喷杆(4)平行的喷杆标识板(3)，喷头标识板(2)和喷杆标识板(3)位于同一水平的标识板平面(11)内；将黑白棋盘格标定板(9)分别设置在各相机(1)的采集区域内，各相机(1)分别采集一张带有黑白棋盘格标定板(9)的清晰图像，建立相机坐标系(8)和图像坐标系，提取图像中的棋盘格的角点信息，并对应黑白棋盘格标定板(9)的尺寸设置每个棋盘格角点的像素坐标；由张氏标定法获得相机的内参和畸变参数；
所述喷头标识板(2)和喷杆标识板(3)的颜色不同；
S2、获取地面棋盘格图像和标识板平面棋盘格图像；
将与步骤S1相同的黑白棋盘格标定板(9)分别设置在各相机(1)的采集区域内的地面(13)和标识板平面(11)内，各相机(1)分别拍摄一张带有设置在地面(13)和标识板平面(11)的黑白棋盘格标定板(9)的地面棋盘格图像和标识板平面棋盘格图像，提取两幅图像中黑白棋盘格标定板(9)的棋盘格的角点信息，并根据黑白棋盘格标定板(9)的尺寸设置每个棋盘格角点的像素坐标，建立地面坐标系(12)和标识板坐标系(10)，使用步骤S1获得的相机的内参，对两幅图像中的棋盘格进行外参矩阵的估计，获得地面坐标系(12)的外参矩阵Mf_c和标识板坐标系(10)的外参矩阵Mp_c；
S3、识别标识板，确定喷头在图像中的位置；
S3.1、对步骤S2获得的各相机(1)的地面棋盘格图像和标识板平面棋盘格图像进行畸变校正，获得地面棋盘格校正图像和标识板平面棋盘格校正图像；
S3.2、根据喷杆标识板(3)的颜色选择对应的颜色识别的方式对步骤S3.1获得的各相机(1)的标识板平面棋盘格校正图像中的喷杆标识板(3)进行识别，并进行二值处理；对得到的喷杆标识板(3)的二值图像的真值点使用最小二乘法进行拟合，得到喷杆标识板(3)的喷杆拟合直线以及该直线在图像坐标系下的喷杆拟合直线方程；
S3.3、根据喷头标识板(2)的颜色选择对应的颜色识别的方式对步骤S3.1获得的各相机(1)的标识板平面棋盘格校正图像中的喷头标识板(2)进行识别，并进行二值处理；对得到的包含多个喷头标识板(2)的二值图像进行分区，每一个分区只包含一个喷头标识板(2)的二值图像，对每一个分区的二值图像使用最小二值法进行直线拟合，得到各喷头标识板(2)的喷头拟合直线以及该直线在图像坐标系下的喷头拟合直线方程；
S3.4、将步骤S3.3获得的每一个喷头拟合直线方程和步骤S3.2获得的喷杆拟合直线方程进行联立求解，得到多个交点，所述交点为喷头交点，所述喷头交点为在标识板平面棋盘格图像中喷头的位置；
S4、将图像中的喷头交点映射至标识板坐标系；
由步骤S3.1获得的标识板平面棋盘格校正图像获取图像坐标到标识板坐标系(10)的单应性矩阵R3×3；再通过公式1将步骤S3.4获得的图像坐标系下的喷头交点映射到标识板坐标系(10)下，得到标识板坐标系(10)下的喷头交点坐标；



式中，x、y分别为标识板坐标系(10)下的喷头交点坐标的x轴坐标值、y轴坐标值，单位为mm；X、Y分别为图像坐标系下的喷头交点的x轴坐标值，y轴坐标系坐标值，单位为像素；s为比例因子，R3×3为单应性矩阵；
S5、喷头交点投影至地面；
通过公式2将步骤S4获得的标识板坐标系(10)下的喷头交点坐标转换到地面坐标系(12)，得到地面坐标系(12)下的喷头交点坐标；



式中，Mp_c为标识板坐标系(10)的外参矩阵，Mf_c-1为地面坐标系(12)的外参逆矩阵；(Xpw，Ypw，Zpw)为标识板坐标系(10)下的喷头交点坐标，Xpw、Ypw、Zpw分别为标识板坐标系(10)下的喷头交点坐标的x轴坐标值、y轴坐标值和z轴坐标值，单位为mm；(Xf，Yf，Zf)为在地面坐标系(12)下的喷头交点坐标，Xf、Yf、Zf分别为在地面坐标系(12)下的喷头交点坐标的x轴坐标值、y轴坐标值和z轴坐标值，单位为mm；
S6、引入参数，确定喷头对应区域；
令地面坐标系(12)的喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：何进，周靖凯，李洪文，王庆杰，卢彩云，王春雷，刘文政，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11