一种作业车道路自动导航定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种作业车道路自动导航定位装置，在作业车所行使的道路的同一侧设定2个有色标识，在待定位的作业车上设有用于拍摄全方位图像的全方位视觉传感器，在作业车上还设有微处理器，微处理器中包含有1)用于从全方位图像中获取投影中心到2个有色标识的距离r1和r2、以及根据全方位图像获得2个有色标识与全方位视觉传感器形成的方位角度θ1的图像处理单元和2)用于根据农业机械的田间道路自动导航定位方法最终求出定位坐标的定位坐标计算单元。该作业车道路自动导航定位装置可代替或补偿GPS进行定位，运行速度较快、使用范围广、实用性强、价格便宜。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于计算机视觉图象处理应用领域，涉及一种作业车道路自动导航定位装置。
技术介绍
目前，人们对机械的自动化程度要求越来越高；机械自动化作业及其机器人的发展是未来机械化发展方向；定位对自动作业车辆、机器人来说，非常重要。车辆、机器人在自动作业时，必须知道自己的位置，才可以决定机器人能否按要求完成下一步的执行任务。图像处理技术定位从图像中抽出特征从控制的范围分为局部定位和全球定位；局部定位运用于一定范围内的作业，计算机图象处理一般抽取有特色的特征物作为定位的基准，特征物分为自然物体和人工设置；全球定位，比如现在流行使用的GPS技术。从定位的性质分为几何定位和拓扑定位。几何定位能知道机器人的具体位置，拓扑定位是确定机器人在一定的可允许的范围路径内，并不知道详细的几何位置；对于各种机器人的定位研究不少，现在用于室外的机器人及车辆的定位基本上运用GPS技术，该定位技术误差比较大；在树林、房屋遮掩区域，因微波信号不能传输而不能使用；另外近年来一种在GPS技术上发展的RTK-GPS 技术，精度较高，但是价格昂贵。普通的车辆和作业机械尤其是农业机械及农业运输车，作业环境场所面积比较恶劣，尤其温室作业，GPS技术根本不可能实现自动导航定位。全方位视觉传感器是一种新型的视觉传感器，它能提供360度范围的丰富的信息，图像不会随传感器的旋转改变图像，有利于减少车轮滑移和震动的部分负面影响，而且价格便宜，被广泛应用在机器人领域；在机器人定位方向也得到了应用，但其使用原理和方法一般是在作业环境中人工设置特征物体或利用自然的特征物体，通过图像处理技术抽取特征值，然后通过图像匹配找到特征点或特征点区域来分析拓扑定位；该定位一般计算过程复杂、运行时间长，实用性不太好。专利技术专利一种自动导航定位装置及方法(申请号 200910044412. 4)，针对作业的车辆、机器人，尤其是作业环境比较固定，田间、温室、厂房等，以及GPS技术不能使用的区域，利用全方位视觉传感器和计算机视觉图像处理技术开发的一种自动导航定位装置及方法，该技术可代替GPS在一些特殊场合进行定位，运行速度较快、使用范围广、实用性强、价格便宜。该专利技术使用了 4个标识配合全方位视觉传感器来完成定位；由于田间道路较窄，布置4个标识费时，妨碍农业机械的行驶、GPS价格贵且存在使用限制等缺点。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提出一种作业车道路自动导航定位装置，该作业车道路自动导航定位装置可代替GPS进行定位，运行速度较快、使用范围广、实用性强、 价格便宜。本技术的技术解决方案如下一种作业车道路自动导航定位装置，在在作业车所行使的道路的同一侧设定2个有色标识，在待定位的作业车上设有用于拍摄全方位图像的全方位视觉传感器，在作业车上还设有微处理器，微处理器中包含有1)用于从全方位图像中获取投影中心到2个有色标识的距离rl和r2、以及根据全方位图像获得2个有色标识与全方位视觉传感器形成的方位角度Q1的图像处理单元和幻用于采用作业车道路自动导航定位方法最终求出定位坐标的定位坐标计算单元。所述的全方位视觉传感器采用双曲面透镜。所述的作业车道路自动导航定位方法，包括以下步骤步骤1 准备工作在道路的同一侧设定2个有色标识L1和L2，在待定位的作业车上设有全方位视觉传感器，全方位视觉传感器拍摄当前的包含有2个有色标识成像的全方位图像；步骤2 测量在全方位图像中的投影中心分别到2个有色标识成像的成像实际距离，进而根据以下公式算出现实环境中作业车分别到2个有色标识的距离rl和r2 ；并根据全方位图像获得2个有色标识与全方位视觉传感器形成的方位角度θ工；由成像实际距离计算空间距离的公式如下‘ ▽广Λ2-rIcxi__2cx0xfHX- f + χ H- = 1,X, > ο ；xj+ XiHb2a2其中a，b，c为全方位视觉传感器的双曲面表面的结构参数，f为焦距；H为当前的全方位视觉系统的高度；a，b，c，f和H均为定值；Xi为成像实际距离，即某一有色标识所在的空间点P在全方位图像中的成像点到全方位视觉传感器投影中心的距离；X0为空间距离，即全方位视觉传感器到该有色标识的空间距离；步骤3 求出3个候选位置的坐标(xn，yn)、(xI2, yI2)和(xI3，yI3)；步骤4 根据3个候选位置的坐标求出定位坐标，定位完成根据下式求出定位坐标(Xl，Y1)，即完成作业机械在田间道路的几何定位，(X11 + X12 + X13)/X1 ='3ν -(γ! +yG +Yd)/ Υι _/3步骤3中，3个候选位置的坐标的求取方法如下首先，以某一个有色标识为原点，以两个标识的连线作为平面坐标的一个坐标轴， 建立实际环境的平面坐标系；(Xa，ya)为标识L1在所述平面坐标系中的位置坐标，( ，yb) 为标识L2在所述平面坐标系中的位置坐标；I)第一候选位置Il的坐标的求法(xn-xa)2+(yn-ya)2 根据公式2rI2得到两个位置坐标的解，再根据道路幅.(xIl -Xb)2 +(Yn - Yb)2 =Γ2 宽限制这一约束条件和有色标识设置在道路的同一侧原则，确定其中的一个解为第一候选位置Il的坐标(xn，yn) ；rl和r2也表示作业车分别到2个有色标识的连线； II)第二个候选位置12的坐标(X12，yI2)为4χ =L — r cosG^ β 12 / ，其中，L12为有色标识1^和L2的几何直线距离，同时L12也表Yi2 = Γιδ ηθ示两个有色标识的连线，θ为1^与L12形成的夹角；sine = Vl-COS2B，cos θ = (ri2+L122-X2) / 2 L 12r ,,χ = I1Cose1 + Vfccose1)2 -112 + L122，其中X为三角形中θ角的对边；III)第三个候选位置13的坐标0cI3，yI3)为 Γ xI3 = L12 _ r2cos r、 _ .;其中，j-.Y β = T2Sinflr ， Sina = ViI-COS2Ar,cosa = (r22+L122-X' 2) 2L12r2 ；X' = T2COSG1 + ^COSdJ - r/ + L1/ ；式中， 为巧与L12形成的中间夹角；X'为三角形中α角的对边。道路幅宽限制指主要是指程序设计中，比如路宽2m，那么求出的值必须小于2m， 而且必须为正数。说明，求X利用的条件是方位角度91和距离1^1，乂并非1>成像实际距离的求取方法为首先计算有色标识成像到全方位视觉传感器投影中心的成像像素距离，再将该成像像素距离乘以标定像素距离计算成像实际距离。标定像素距离为0. 01389inch/pixel。本技术的工作原理是所述田间道路自动导航定位装置包括通过三脚架安装在作业机械上的全方位视觉传感器、分别设置于道路一边的2个有色标识、计算机及与计算机连接的电源；所述全方位视觉传感器包括上盖，下盖、曲面镜面、中心针、透明外罩、USB 摄像机和用于与计算机通讯的USB线组成；所述曲面镜面与所述上盖粘合在一起，所述上盖螺纹式旋紧所述透明外罩上；所述下盖是中间空心并伸出约4mm螺口连接所述USB摄像机镜头；所述曲面镜面包括球面、抛物线曲面和双曲线曲面，其特点是单一视本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种作业车道路自动导航定位装置，其特征在于，在在作业车所行使的道路的同一侧设定２个有色标识，在待定位的作业车上设有用于拍摄全方位图像的全方位视觉传感器，在作业车上还设有微处理器，微处理器中包含有１）用于从全方位图像中获取投影中心到２个有色标识的距离ｒ１和ｒ２、以及根据全方位图像获得２个有色标识与全方位视觉传感器形成的方位角度θ１的图像处理单元和２）用于根据权利要求２的农业机械的田间道路自动导航定位方法最终求出定位坐标的定位坐标计算单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，戴思慧，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：实用新型
国别省市：43