【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农机自动驾驶领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制系统与方法。
技术介绍
1、随着农业自动化进程的不断发展，其对农业机械自动化程度有了更高的要求，田间作业效率和质量的要求也越来越高。采棉机属于大型农业机械，在棉花采摘方面扮演着十分重要的角色，但其机械结构复杂，操作复杂度高，机收作业时，需要将采头始终对齐棉花垄行。目前，采棉机对行操作一般是由驾驶员目视控制实现，采棉机的收获效率和质量取决于驾驶员对行的精准程度，要求驾驶员集中注意力，在长时间工作时，尤其是在能见度差的晚上，十分耗费驾驶员的精力，也存在很多安全隐患。研究采棉机自动对行技术对降低采棉机的操作门槛、降低驾驶员的工作强度，提高采棉机的自动化水平具有重要的意义。现有采棉机自动对行技术方案通常采用在采头上安装机械触碰式传感器来感知采棉机对行偏差，进而动态修正采棉机航向，实现自动对行，此类技术方案在棉株异位或者断点的情况下，误差较大，且容易产生失控，特别是当行驶速度较大时，机械结构无法及时进行修正，无法支持连续自动对行。
2、cn115589845a公开了一种智能采棉机器人及其采棉作业路径规划方法，采用摄像头采集棉花地的rgb图像并进行预处理，然后识别出成熟棉花，确认并根据成熟棉花位置，对采棉机进行作业规划，gps模块用于检测机器人的当前位置信息和棉花地的环境信息；其棉花的识别采用了神经网络方法，然而神经网络的棉花识别方法需要大量的数据进行提前训练，而且对设备的计算能力要求较高。
3、cn110402683a公开了一种智能采棉机
4、实际棉花地通常按行摘种，棉花生长具有分散性，从而使得直接采用摄像头(相机)对行时，容易错误对行，规划错行进路线，采棉机如果不是按行行进，将导致行进困难，最终使得导致采棉效率低下。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提出了一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制系统与方法。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制系统，包含:相机、视觉处理单元、转向控制单元和后轮角度传感器；所述相机安装在采棉机上，相机与视觉处理单元连接；视觉处理单元通过相机连续采集采棉机正前方的图像帧信息，对图像帧信息处理得到棉花垄直线，在棉花垄直线上根据设定的前视距离取点作为采棉机跟随的目标点，该棉花垄直线作为目标导航线，再结合采棉机的位置，计算出采棉机后轮旋转角度；视觉处理单元与转向控制单元连接，将由视觉处理单元计算出的采棉机后轮旋转角度发送给转向控制单元；后轮角度传感器与转向控制单元连接，并向转向控制单元反馈实时后轮角度；转向控制单元根据后轮旋转角度和从后轮角度传感器获取的实时后轮角度比较，控制转向机构使后轮转动到后轮旋转角度，以使采棉机后轮按照后轮旋转角度转向并沿着目标导航线行驶到目标点。
4、进一步地，所述智能对行控制系统还包括触摸显示单元，所述触摸显示单元与视觉处理单元连接，用于实现发送启动或停止智能对行指令。进一步地，所述触摸显示单元还用于显示智能对行视频画面和设置系统参数。
5、优选地，所述相机为单目相机。
6、本专利技术还提供一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制方法，包括以下步骤：
7、步骤1、视觉处理单元通过相机获取一帧采棉机正前方图像帧信息；
8、步骤2、对获取的图像帧信息进行处理得到棉花垄直线；
9、步骤3、在棉花垄直线上根据设定的前视距离取点作为采棉机跟随的目标点，该棉花垄直线作为目标导航线，再结合采棉机的位置，计算出采棉机后轮旋转角度；
10、步骤4、视觉处理单元将计算出的后轮旋转角度发送给转向控制单元；
11、步骤5、转向控制单元根据后轮旋转角度和从后轮角度传感器获取的实时角度比较，控制转向机构使后轮转动到后轮旋转角度，以使采棉机后轮按照后轮旋转角度转向并沿着目标导航线行驶到目标点。进一步地，在步骤2中，所述棉花垄直线采用如下步骤得到：
12、对获取的图像帧信息进行二值化、滤波等预处理；确认预处理后的图像中的完整的棉花垄数量；确定每垄棉花的位置点聚类；对每一类棉花位置点进行拟合得到棉花垄直线。
13、进一步地，在步骤2中，所述棉花垄直线采用如下步骤得到：
14、步骤2.1、对获取的图像帧信息进行二值化、腐蚀、膨胀处理得到新的黑白像素图像，棉花被处理为黑色或白色像素，其余统一为背景像素；检索所有得到的棉花像素图像的轮廓，所有轮廓取最小外接圆半径，小于某个设定的阈值则轮廓区域二值翻转，完成图像预处理；
15、步骤2.2、将步骤2.1预处理后的图像横向分割为若干份，检索每份图像的轮廓，对每份图像中的轮廓取最小外接圆，如果两个最小外接圆的圆心之间水平距离超过设定的阈值则将它们分为两垄棉花；
16、步骤2.3、取步骤2.2中分割的若干份图像中底部的n份图像，判断其中棉花垄数的众数，确定该图像帧具有众数数量的棉花垄，其中n≥2。
17、步骤2.4、从步骤2.3中获取的n份图像中，选择具有众数数量的棉花垄的图像中最上方的那份图像，开始向上聚类，得到每垄棉花位置点聚类；
18、步骤2.5、对步骤2.4中聚类后的每一类的棉花位置点使用最小二乘法拟合出棉花垄直线，并取最靠近车头中心的棉花垄直线为目标导航线。
19、优选地，在步骤3中，所述采棉机后轮旋转角度的计算方法如下：
20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制系统，包含:相机、视觉处理单元、转向控制单元和后轮角度传感器；所述相机安装在采棉机上，相机与视觉处理单元连接；视觉处理单元通过相机连续采集采棉机正前方的图像帧信息，对图像帧信息处理得到棉花垄直线，在棉花垄直线上根据设定的前视距离取点作为采棉机跟随的目标点，该棉花垄直线作为目标导航线，再结合采棉机的位置，计算出采棉机后轮旋转角度；视觉处理单元与转向控制单元连接，将由视觉处理单元计算出的采棉机后轮旋转角度发送给转向控制单元；后轮角度传感器与转向控制单元连接，并向转向控制单元反馈实时后轮角度；转向控制单元根据后轮旋转角度和从后轮角度传感器获取的实时后轮角度比较，控制转向机构使后轮转动到后轮旋转角度，以使采棉机后轮按照后轮旋转角度转向并沿着目标导航线行驶到目标点。
2.根据权利要求1所述的智能对行控制系统，其特征在于，所述的相机为单目相机。
3.根据权利要求1或2所述的智能对行控制系统，其特征在于，所述的智能对行控制系统还包括触摸显示单元，所述触摸显示单元与视觉处理单元连接，用于实现发送启动或停止智能对行指令。
5.一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的智能对行控制方法，其特征在于，在步骤2中，所述棉花垄直线采用如下步骤得到：
7.根据权利要求5所述的智能对行控制方法，其特征在于，在步骤2中，所述棉花垄直线采用如下步骤得到：
8.根据权利要求5所述的智能对行控制方法，其特征在于，在步骤3中，所述采棉机后轮旋转角度的计算方法如下：
9.根据权利要求5所述的智能对行控制方法，其特征在于，所述基于机器视觉的采棉机智能对行控制方法，通过触摸显示单元启动或关闭自动对行。
...【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的采棉机智能对行控制系统，包含:相机、视觉处理单元、转向控制单元和后轮角度传感器；所述相机安装在采棉机上，相机与视觉处理单元连接；视觉处理单元通过相机连续采集采棉机正前方的图像帧信息，对图像帧信息处理得到棉花垄直线，在棉花垄直线上根据设定的前视距离取点作为采棉机跟随的目标点，该棉花垄直线作为目标导航线，再结合采棉机的位置，计算出采棉机后轮旋转角度；视觉处理单元与转向控制单元连接，将由视觉处理单元计算出的采棉机后轮旋转角度发送给转向控制单元；后轮角度传感器与转向控制单元连接，并向转向控制单元反馈实时后轮角度；转向控制单元根据后轮旋转角度和从后轮角度传感器获取的实时后轮角度比较，控制转向机构使后轮转动到后轮旋转角度，以使采棉机后轮按照后轮旋转角度转向并沿着目标导航线行驶到目标点。
2.根据权利要求1所述的智能对行控制系统，其特征在于，所述的相机为单目相机。
3.根据权利要求1或2所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗中华，巩蕾，何创新，褚杰，李楠，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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