[发明专利]一种果园树干三维检测定位方法及装置

说明书

一种果园树干三维检测定位方法及装置，该方法包括建立果树的树干三维检测定位模型；获取树干彩色图像，根据该树干彩色图像获得检测目标的图像坐标信息；获取两个目标点的雷达扫描数据，根据返回的该目标点的距离和角度信息，得到该目标点的雷达坐标信息；将该雷达坐标信息转换为图像坐标信息，并根据该检测目标的图像坐标信息，判断该两个目标点是否来自同一目标树干；若否重新寻找另外两个目标点重复确认；若是则基于该两个目标点的雷达坐标信息计算该目标树干的中心点坐标；根据该中心点坐标及检测目标的图像坐标信息计算得到该目标树干的树干区域。本发明还提供了采用该方法的果园树干三维检测定位装置。

技术领域

本发明涉及农林种植维护保障技术领域，特别是一种融合图像与激光雷达技术的果园树干三维检测定位方法及装置。

背景技术

果园智能化机械作业需要需明确果树位置，有效避开障碍物。现有果园环境传感手段有彩色摄像头、单线激光雷达等。彩色摄像头仅能反应图像彩色及纹理等信息，缺少距离信息；单线激光雷达虽能反应障碍物角度和距离信息，但缺少目标类别信息，且雷达数据易产生噪点和遗漏目标点，无法准确估计目标障碍物的大小信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中单一传感器无法准确检测目标障碍的位置及大小信息的问题，提供一种果园树干三维检测定位方法及装置，为果园作业机械有效避障和智能规划提供技术保障。

为了实现上述目的，本发明提供了一种果园树干三维检测定位方法，其中，包括如下步骤：

S100、通过图像坐标系、相机坐标系、雷达坐标系与世界坐标系之间的转换关系，建立果树的树干三维检测定位模型；

S200、通过彩色摄像头获取树干彩色图像，根据所述树干彩色图像获得检测目标的图像坐标信息；

S300、提供激光雷达循环获取两个目标点的扫描数据，根据所述激光雷达返回的所述目标点的距离和角度信息，得到所述目标点的雷达坐标信息；

S400、将所述雷达坐标信息转换为图像坐标信息，并结合所述检测目标的图像坐标信息，判断所述两个目标点是否来自同一目标树干；

S500、若所述两个目标点不是来自同一目标树干，则执行步骤S300-S400，重新寻找另外两个目标点重复确认，直至所有目标点检测完毕；

S600、若所述两个目标点来自同一目标树干，则基于所述两个目标点的雷达坐标信息计算所述目标树干的中心点坐标；

S700、根据所述中心点坐标及检测目标的图像坐标信息计算得到所述目标树干的树干区域。

上述的果园树干三维检测定位方法，其中，步骤S100中，建立果树的树干三维检测定位模型包括如下步骤：

S101、相机建模，通过彩色摄像头获取树干彩色图像，并对所述树干彩色图像数据进行世界坐标系到图像坐标系的转换；

S102、雷达建模，利用激光雷达获取目标点的雷达扫描数据，并对所述雷达扫描数据进行雷达坐标系到世界坐标系的转换；

S103、关联所述图像坐标系和雷达坐标系；以及

S104、树干中心建模，对激光雷达数据进行雷达坐标系到世界坐标系的转换。

上述的果园树干三维检测定位方法，其中，步骤S101中，所述相机建模包括：

将所述彩色摄像头的成像过程用小孔模型进行建模，设O-x-y-z为相机坐标系，z轴指向前方，x向右，y向下，O为相机的光心，目标点P在相机坐标系下的坐标设为P_C＝[X,Y,Z]^T，P'为目标成像点，设坐标为P'＝[X',Y',Z']^T，假设物理成像平面到光心的距离为f，即为相机焦距，根据相似三角形关系可得：