[发明专利]一种基于激光雷达点云的田间苗带导航线检测方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达点云的田间苗带导航线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建田间苗带采集系统：包括行走车(4)和线激光雷达(5)；相邻的两条田间苗带(3)之间为地垄(2)，行走车(4)的车轮在地垄(2)上沿导航线(1)的方向行驶，线激光雷达(5)固定安装在行走车(4)的顶部中间位置，线激光雷达(5)的正前方与行走车(4)的行驶方向保持一致并且线激光雷达(5)的正前方固定，线激光雷达(5)用于采集田间苗带(3)的点云；

2)建立雷达坐标系：记线激光雷达的发射中心为雷达坐标系的原点O，雷达坐标系的Z_L轴向上且垂直于线激光雷达的周向扫描平面，雷达坐标系的X_L轴在线激光雷达的周向扫描平面上且指向线激光雷达圆周扫描0°方向，Y_L由右手螺旋法则确定；

3)建立世界坐标系：世界坐标系的原点O′为雷达坐标系的原点O竖直向下与水平地面的交点，行走车行驶方向的水平方向为世界坐标系的X_W轴，竖直向上为世界坐标系的Z_W轴，世界坐标系的Y_W轴由左手螺旋法则确定；

4)原始苗带点云获取：采用田间苗带采集系统获取田间苗带在雷达坐标系下的原始苗带点云；

5)坐标系转换：将雷达坐标系下的原始苗带点云转换至世界坐标系下的原始苗带点云；

6)原始苗带点云滤波，获得内部矩形苗带点云；

7)离散化条件判断：统计内部矩形苗带点云的总空间点数TotalZNum，当总空间点数小于点数阈值SUM_threshold时，则重复步骤2)-6)，直至内部矩形苗带点云的总空间点数TotalZNum大于等于点数阈值SUM_threshold；否则，则进行步骤8)；

8)划分离散化区间：将内部矩形苗带点云中所有空间点的X_W轴坐标值就近取整映射到区间(0，h)，将内部矩形苗带点云中所有空间点的Y_W轴坐标值就近取整映射到区间(0，g)，获得苗带点云区间区域；记内部矩形苗带点云中的任一空间点为P_Wk(x_Wk，y_wk，z_Wk)，通过以下公式进行设置：

h_k＝h-round((y_Wk+y_d)*h/(2*y_d))

g_k＝g-round((x_Wk-min_x)/(max_x-min_x)*g)

其中，h_k表示当前空间点的Y_W轴坐标值y_Wk就近取整映射后的Y_W轴离散值，g_k表示当前空间点的X_W轴坐标值x_Wk就近取整映射后的X_W轴离散值，round()为就近取整函数；min_x是内部矩形苗带点云中所有空间点的X_W轴坐标值中的最小值，max_x是内部矩形苗带点云中所有空间点的X_W轴坐标值中的最大值；

9)苗带点云区间区域更新；

10)苗带点云最小高度值、最大高度值、平均高度值求解；

11)苗带点云区间区域二值化，获得标志点集Q；

12)拟合条件判断：统计标志点集Q的总空间点数，当标志点集Q的总空间点数小于标签数阈值SUMBW_threshold时，返回步骤2)，直至标志点集Q中的总空间点数大于或等于标签数阈值SUMBW_threshold；否则，则进行步骤13)；

13)中间线拟合：对标志点集Q进行最小二乘法直线拟合，得到初始导航线L₀，满足方程Y₀＝k₀X₀+b₀，其中，Y₀表示初始导航线L₀的Y_W轴坐标值，X₀表示初始导航线L₀的X_W轴坐标值，k₀表示初始导航线L₀的斜率系数，k₀表示初始导航线L₀的截距系数；

14)左、右作物行标识检测；

15)导航线L_T检测拟合，获得田间苗带导航线L_T；

所述步骤6)具体为：

6.1)苗带点云周向滤波：设置线激光雷达(5)的正前方处的周向角为θ，周向角阈值为θ_d，去除原始苗带点云中周向角不满足(θ±θ_d)的空间点，得到内部扇形苗带点云；

6.2)苗带点云高度滤波：设置世界坐标系Z_W轴的高度阈值TofZvalue，去除内部扇形苗带点云中Z_W轴坐标值低于高度阈值TofZvalue的空间点，获得高度滤波苗带点云；

6.3)苗带点云水平滤波：设置世界坐标系中X_W轴与Y_W轴的滤波阈值分别为x_d1和x_d2与y_d，将点云中X_W轴坐标值或Y_W轴坐标值不满足x_d2≥x_W≥x_d1或不满足|y_W|≤y_d的空间点滤掉，得到内部矩形苗带点云。