[发明专利]一种基于铲角特征的远程控制推土机目标检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及推土机远程控制技术领域，具体是一种基于铲角特征的远程控制推土机目标检测方法。

背景技术

远程控制推土机以视觉作为主要探测依据，操作人员根据视觉反馈的环境信息进行远程控制，因此视觉信息的准确性至关重要。远程控制推土机通过机身上安装的四个摄像头采集周围环境信息，进而实现全景视觉。由于推土机机身较大，为了获取完整的全景效果，摄像头均采用150度广角镜头。大广角镜头带来全景效果的同时，并不能测量图像中目标的景深。无疑这将大大地影响了工作人员的操作。

工程机械的远程控制一般多应用于环境比较恶劣或者危险的区域，例如大型垃圾场、战场遗留地雷清理等。无线远程控制在推土机上的应用比较成功的例如小松的D575，但是该机型仅仅使用一个镜头用于前方监测，更多的还是通过远程的操作人员视力侦测。因为人的视力范围有限，因此大大限制了推土机的工作范围。全景视觉则可以很好的解决单镜头采集信息少的缺点，能够最大程度的延长工作人员的操作距离。该技术涉及机器视觉领域。

由于推土机的体积庞大，并且体型不规则，因为单鱼眼镜头和反射式镜头都无法很好的实现全景效果。因此推土机的全景视觉搭建采用常规的多镜头组成。每一路镜头采集一个方向的图像信息，并在图像处理单元中进行图像的拼接从而最终实现全景视觉。但是单摄像头采集又有一个无法避免的缺点：无法测量景深。这也意味着操作人员无法知道出现在推土机周围的目标离推土机的实际距离。对此一种常见的解决思路是在增加一套双目视觉系统，这无疑增加了成本。因此，在不改变现有设计的基础上，设计一种目标检测方法用以检测目标的位置信息是十分必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于铲角特征的推土机目标检测方法，建立基于等距投影的大广角镜头成像模型，确定图像中各像元之间的关系，设计一种推土机铲角的识别算法，并以铲角为参照点求解未知目标的位置信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为，

一种基于铲角特征的远程控制推土机目标检测方法，其步骤如下：

(1)建立基于等距投影的大广角镜头成像数学模型

根据大广角镜头的成像原理，首先以镜头光心与成像平面的光心为Z轴(假设成像平面与镜头光心之间处于平行)建立数学模型；

(2)根据铲角的形状特征进行模板匹配算法，确定铲角在图像中的位置

首先确定铲角模板，在图像中利用模板匹配的方法循环查找与该模板匹配度最大的区域，即认为是铲角所在的位置；

(3)推导空间一点与映射的像素点之间的对应关系

根据步骤(1)的数学模型，假设空间一点P在图像中的一点为P′，根据大广角镜头的成像原理，两点之间存在着以下关系：

P′＝k*ω

其中K为广角镜头径向畸变系数，ω为点P与Z轴的仰角；

(4)根据步骤(3)得出的结果，求出目标在推土机坐标系中的坐标

根据空间一点与成像平面像素之间的对应关系，以及成像平面与推土机坐标系之间的映射关系求出目标在推土机坐标系中的坐标(x0，y0)，左右铲角的坐标分别为(-L/2，0，0)、(L/2，0，0)；其中，推土机坐标系与镜头坐标系存在如下关系：

(5)根据空间两点之间的距离公式，求出铲角和目标的实际距离。

本发明所产生的有益效果为：1、根据推土机的实际车型，设计的基于多个摄像头的全景视觉，能够一次性摄取车身周围360度环境信息，避免了车身庞大带来的视觉死角。2、根据推土机操作人员的推土习惯，确定铲角为参照物，所获取的位置信息更有利于辅助操作人员驾驶。3、能够提高推土机远程控制的操作范围。

附图说明

图1为大广角镜头成像数学模型示意图

图2为左铲角模板二值化示意图

图3为右铲角模板二值化示意图

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明进一步说明。

(1)建立基于等距投影的大广角镜头成像数学模型

根据大广角镜头的成像原理，首先以镜头光心与成像平面的光心为Z轴(假设成像平面与镜头光心之间处于平行)建立数学模型，如图1所示。

推土机坐标系建立方式：以推土机重心为原点，过原点与铲刀平行为X轴，过原点垂直与X轴且平行于地面的为Y轴，Z轴过原点垂直与XOY平面，指向天空为正。

(2)根据铲角的形状特征进行模板匹配算法，确定铲角在图像中的位置