[发明专利]喷雾视觉定位系统及定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及视觉定位技术领域，尤其涉及农药喷洒过程中使用的一种用于定位农作物位置的喷雾视觉定位系统及定位方法。

背景技术

在农业生产过程中，为防治病虫害，往往需要进行多次农药喷洒。

现有的自动化施药系统中，存在的问题主要有：喷药定位不够准确，药液浪费严重，喷雾农机具的使用适应性有限。用于自动化精准喷雾的机器人定位检测效果不够理想，实时性较差、性价比低。

目前，对于物体空间三维信息获取的方法主要有激光、超声波、雷达、红外和双目视觉等。前四者工作时通常是以通过反射波时间或相位差来计算距离信息，双目视觉主要通过三角测距原理，通过左右图像匹配来实现定位信息获取。但是其识别与定位算法往往较为复杂，实时性较差，特别是对物体形态不规则、环境复杂、光照条件差的场合更加难以检测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种喷雾视觉定位系统及定位方法，其能够提高喷药定位的准确率，具有良好适应性、实时性和性价比。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种喷雾视觉定位系统，包括控制单元、左摄像单元、右摄像单元、图像采集单元、激光二级管列阵光源和光源控制单元；其中，

所述左摄像单元与右摄像单元，分别与图像采集单元连接，用于获取场景图像信息；

所述图像采集单元，与控制单元连接，用于在控制单元控制下通过所述左摄像单元与右摄像单元采集图像信息，并将所采集的图像信息发送给控制单元；

所述光源控制单元，与所述激光二级管列阵光源和控制单元分别连接，用于在控制单元控制下驱动激光二级管工作；

所述激光二级管列阵光源包括多个呈矩阵排列的激光二极管，其中的每个激光二级管固定在支架上，所述支架的位置和纵向发射角可调。

优选地，所述控制单元包括视觉处理子单元，用于采集、识别图像信息、对左右摄像机采集的图像进行匹配并提取三维信息。

优选地，所述控制单元包括激光二极管控制子单元，用于调整所开激光二极管的数目、位置和明暗。

优选地，所述光源控制单元通过单片机实现，且所述单片机的I/O口通过三级管将激光二级管接入电路。

一种利用前述系统进行喷雾视觉定位的方法，包括以下步骤：

A：获取图像信息，并对所述图像信息进行RGB三通道阈值分割，求取交集作为分割结果，而后将图像转为二值灰度图；

B：判断所述分割结果占整个图像的比例是否达到预定值，若是，则所述控制单元发送控制信息给所述光源控制单元，所述光源控制单元控制激光二级管列阵光源工作，并发送反馈信息给控制单元；

C：所述控制单元根据所述反馈信息控制图像采集单元获取加有激光标记的图像并与相邻时刻未加激光标记的图像做差，获取左右激光离散点图像；

D：对所述左右激光离散点图像进行匹配；

E：根据实际工作环境及目标作物的实际位置范围，判断是否存在错误匹配点，若是，则对错误匹配点进行校验，若否，则执行步骤F；

F：判断是否小于预设的匹配点数，若是，则在已知特征点基础上采用harris算子扩展特征点，然后进行匹配，若否，则执行步骤G；

G：根据获得的匹配点对结合相机标定参数，计算摄像机坐标系下目标作物的三维点坐标位置信息并输出。

优选地，所述步骤E中，对错误匹配点进行校验包括：通过控制激光二级管的开闭，获得激光二级管与图像位置的对应关系，从而获得纠正的匹配点。

优选地，所述步骤D进一步包括：

D1：将彩色图像转为灰度图像；

D2：采用双峰法对所述灰度图像进行阈值分割；

D3：对分割后的图像进行区域标记和区域形心提取；

D4：对左右激光离散点图像反向运算，取同时符合匹配规则的点对作为视差计算依据，消除因遮挡或边缘光点发散所造成的影响；

D5：根据视差求解匹配点所对应的三维坐标信息。

优选地，所述步骤D3进一步包括：通过极线约束条件和区域中心周边点的灰度相关性来判断初始匹配点。

(三)有益效果

本发明通过采用激光离散点阵光源作为人工标记特征点，并在通过匹配算法计算作物的距离信息时，使相机与激光二级管列阵光源相配合，提高了喷药定位的准确率，使系统具有良好的适应性、实时性和性价比。

附图说明

图1为本发明所述喷雾视觉定位系统的结构示意图；