[发明专利]一种田间农业机械视觉导航系统及方法

说明书

本发明公开了一种田间农业机械视觉导航系统及方法，包括：图像采集模块，用于采集田间作物图像；图像处理模块，使用树莓派加载深度卷积网络模型分割图像中作物，提取田间作物行线，确定导航路径，计算农业机械行驶方向相对于导航路径的横向偏差以及航向偏差信号；行走控制装置，用于接收图像处理模块的横向偏差以及航向偏差信号，通过PLC控制器完成对农机的行走转向控制。利用本发明实施例，通过图像采集模块、图像处理模块以及行走控制装置完成对田间农业机械的行走导航，视觉导航部分采用深度卷积网络分割图像中作物，提取田间作物行线，实现导航路径的获取。

技术领域：

本发明涉及田间农业机械视觉导航技术领域，尤其涉及一种田间农业机械视觉导航系统及方法。

背景技术：

20世纪50年代的计算机视觉理论研究的提出，奠定了视觉导航的基础，随后的计算机处理器的加速进步，促进了计算机视觉和视觉导航的发展。GPS导航的局限性加大了视觉导航的应用需求。随着我国农业机械自动化的发展，对田间作业机械的自动行驶的研究成为了目前研究的热点。农田机械作业环境的复杂，田间耕作的特殊作业，GPS导航逐渐满足不了导航需求。越来越多的研究将视觉导航使用到田间机械中。田间的农业机械的视觉导航成为了研究的热点。

视觉导航是指利用视觉传感器获取图像信息，运用机器视觉等相关技术识别路径，实现自动导航的技术。视觉导航主要包括图像预处理，目标提取、目标跟踪等问题。而农业机械的视觉导航系统一般由视觉传感器，主控单元，执行机构组成。视觉传感器用于获取农田图像信息，主控单元对图像进行处理，提取田间的导航路径，输出控制信号，控制执行机构的运动，以达到控制农业机械按照导航路径行驶，实现自主导航。

田间视觉导航研究多为采用传统图像处理算法分割作物与背景，识别作物行线，提取导航路径。其中，如何分割作物背景是获取导航路径的基础，这一步直接影响导航的精度。目前已有关于田间机械视觉导航系统的设计。传统的图像处理算法，其分割容易受到天气以及光照的影响，导致错误分割，且传统图像处理算法需要人为设定参数，适应性差，无法适应复杂的田间环境。

发明内容：

本发明实施例的目的在于提供一种基于深度卷积网络的田间业机械视觉导航系统及方法，旨在通过提前搭建深度卷积网络模型，训练网络，获取分割精度高的网络模型，用于视觉导航中分割出田间作物，提取作物行线，确定导航路径，控制农业机械田间自主对行作业行走。具体技术方案如下：

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种田间农业机械视觉导航系统，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和航向偏差信息，以控制农机具的转向和行走。

一种实现方式中，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，主要用于控制行走机构转向，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树莓派传递的横向偏差信息和航向偏差信息，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。

一种实现方式中，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：