[发明专利]一种田间农业机械视觉导航系统及方法

权利要求书

1.一种田间农业机械视觉导航系统，其特征在于，包括：

图像采集模块，图像处理模块，行走控制装置；

所述图像采集模块，用于采集田地作物图像；

所述图像处理模块，用于接收所采集到的田地作物图像，并通过深度卷积网络模型分割图像中作物，以计算农业机械相对于导航路径的横向偏差和航向偏差；

所述行走控制装置，用于接收所述图像处理模块计算的横向偏差信息和航向偏差信息，以控制农机具的转向和行走。

2.根据权利要求1所述的田间农业机械视觉导航系统，其特征在于，所述行走控制装置包括角度传感器，速度传感器，PLC控制器，转向机构，行走机构；

所述角度传感器用于采集行走机构的角度信息，所述速度传感器用于采集行走机构的速度信息，

所述转向机构，是农机具的一个组成部分，用于控制所述行走机构转向，完成农机具的转向；所述行走机构用于实现农机具的行走；

所述PLC控制器分别与所述角度传感器和所述速度传感器，以接收所述角度传感器和所述速度传感器分别采集到的信息，检测行走机构的转向角度和行走速度；且所述PLC控制器用于接收所述横向偏差信息和所述航向偏差信息，并向所述转向机构传递电流信号，用于控制转向机构的运动；

所述行走机构，接收所述转向机构的转向信号，以通过所述转向机构驱动所述行走机构的转向。

3.根据权利要求1所述的田间农业机械视觉导航系统，其特征在于，所述深度卷积网络模型分割图像中作物，以计算农业机械相对于导航路径的横向偏差和航向偏差的步骤，包括：

所述深度卷积网络模型分割图像中作物，提取田间作物行线；并根据左右作物行在图像上边界和下边界的坐标信息，确定作物行线的中心线，并根据所述图像采集模块的位置信息，计算农业机械相对于导航路径的横向偏差和航向偏差。

4.根据权利要求2所述的田间农业机械视觉导航系统，其特征在于，电流信号的获取包括：通过PLC控制器采用模糊控制算法，通过所述横向偏差信息和所述航向偏差信息为输入信息，计算出车辆前轮期望转角，将所述前轮期望转角与当前车轮转角进行对比采用模糊控制算法，输入为前轮期望转角、当前车辆转角以及当前车辆速度，输出电流信号到转向机构，以通过控制转向机构中的液压电磁阀通断电，控制液压油的流向，实现拖拉机转向。

5.一种田间农业机械视觉导航方法，其特征在于，所述方法包括：

采集田间作物图像；

对所采集的图像，利用工业相机的内参矩阵和畸变系数对图像进行校正处理；

对校正后的图像进行自适应中值空间滤波去噪，减少图像噪点；

通过深度卷积网络模型中的尺寸不同的卷积层对图像进行分割处理，得到图像相邻农作物航线的距离作为导航路径，并经过坐标转换获得航向偏差以及横向偏差；以根据所获得的航向偏差以及横向偏差驱动农机具行走。

6.根据权利要求5所述的田间农业机械视觉导航方法，其特征在于，所述通过深度卷积网络模型中的尺寸不同的卷积层对图像进行分割处理，得到图像相邻农作物航线的距离作为导航路径，并经过坐标转换获得航向偏差以及横向偏差的步骤，包括

通过深度卷积网络模型中的尺寸不同的卷积层对图像运算，得到和输入图像尺寸大小相同的作物分割图，对分割图进行随机取点操作，作为特征点，采用标准Hough算法拟合特征点提取作物行线，根据作物行线计算出图像中心两相邻的作物行线的图像中心线作为导航路径；

对获取的导航路径进行坐标转换，利用相机标定获取的工业相机的内外参数，利用坐标转换公式将图像坐标系转换到世界坐标系，得到世界坐标系下导航车辆与导航线的相对位姿信息，利用导航线的直线方程，可计算出农业机械相对于导航线的航向偏差以及横向偏差。