[发明专利]一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位系统和方法

说明书

本发明涉及一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位系统和方法，包括三组双目视觉系统、以太网交换机和工控机；每组视觉系统包括两台水平同方向固定的短波红外相机，该三组双目视觉系统呈等边三角形方式排列，形成互为120°的全景视觉机组，并通过以太网交换机连接至工控机；定位方法包括：三组双目视觉系统同时对各自方向上环境中的同一目标进行检测，据此反推车辆运动，形成不同坐标系下的位移矢量，再转换到同一坐标系下，实现相对定位。本发明设计合理，结构简单，操作方便，通过从多个方向对车辆运动状态进行检测，并将检测结果进行数据融合，有效提高了拖拉机夜间的定位精度，为导航提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种农用机械的导航定位系统，尤其是一种适用于拖拉机夜间工作的定位系统，以及运用该系统进行定位的方法，具体的说是一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位系统和方法。

背景技术

目前，我国自主导航拖拉机主要采用GPS或北斗等卫星系统进行定位。但是卫星信号比较微弱，容易受到干扰导致拖拉机无法正常工作。因此，需要采用机器视觉进行辅助定位。基于机器视觉导航的农用拖拉机能够通过视觉系统检测自身的运动状态，为自主导航决策系统提供状态参数，能够显著提高农机的智能化水平。但是传统的视觉系统易受光线影响，尤其是夜间视觉系统基本无法正常工作，对拖拉机的夜间运行造成很大的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位系统和方法，可以从多个方向对车辆运动状态进行检测，最后将检测结果进行数据融合，能够在夜间实现较高精度的相对定位。

本发明的技术方案是：

一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位系统，包括三组双目视觉系统、以太网交换机和工控机；每组视觉系统包括两台水平同方向固定的短波红外相机，该三组双目视觉系统呈等边三角形方式排列，形成互为120°的全景视觉机组，并通过以太网交换机连接至工控机；该全景视觉机组安装在拖拉机头部配重梁上，且其中一组双目视觉系统朝向拖拉机的正前方，其他两组分别朝向侧后方。

进一步的，所述每台短波红外相机的波长为900～1700nm。

进一步的，所述每组双目视觉系统的双目基线长度为10cm。

进一步的，所述全景视觉机组安装位置距离地面高度为1.0±0.1m。

一种自主导航拖拉机夜间全景视觉相对定位方法，包括以下步骤：

1)将三组双目视觉系统分别设为A、B和C，并使所述A组朝向正前方，B组和C组分别朝向侧后方；

2)将三组双目视觉系统分别建立独立的空间坐标系；

3)三组双目视觉系统不间断循环工作，分别从不同方向检测环境中同一特征点不同时刻坐标变化，根据其坐标变化反推拖拉机在三个不同坐标系的位移矢量；

4)将B、C坐标系下的位移矢量数据通过坐标变换，折算到A坐标系下；

5)将三组位移矢量数据按照算术平均法进行数据融合，得到拖拉机相对于前一时刻的即时相对定位数据；

6)重复步骤3)～5)，实现拖拉机连续全景视觉相对定位。

进一步的，所述步骤2)中，每个坐标系的原点位于等边三角形的几何中心，x轴正方向均与各自基线平行且水平向右；y轴正方向垂直于安装平面向下；z轴正方向垂直于各自基线且水平向前；其中，三个y轴重合。

进一步的，所述步骤4)的坐标变换通过以下变换矩阵进行：

进一步的，所述步骤5)的通过以下公式，将3组位移矢量数据按照算术平均法进行数据融合，得到拖拉机相对于前一时刻的即时相对定位数据：