[发明专利]一种用于园林绿篱修剪的双目视觉识别和定位方法

说明书

本发明公开了一种用于园林绿篱修剪的双目视觉识别和定位方法，首先完成双目相机的标定，接着对获得的绿篱图像进行预处理，然后生成绿篱模板图像，利用模板图像完成目标绿篱的识别，最后完成立体匹配和绿篱重建，获得绿篱的修剪中心和修剪半径，完成绿篱定位。本发明提供的方法省去了人工进行绿篱对中操作的过程，可以快速、准确地获得绿篱的修剪中心和修剪半径以及定位信息，达到了省时省力且提高对中准确率的效果，大大提升了绿篱修剪机械设备的智能化水平。

技术领域

本发明涉及园艺修剪设备技术领域，特别涉及一种用于园林绿篱修剪的双目视觉识别和定位方法。

背景技术

园林养护行业迎来了新的发展机遇，但随之而来的是城市绿化的养护问题，比如人工成本急剧增加、修剪工作繁琐低效、智能化水平低等等，急需自动化的绿篱修剪机器人来解决这一问题。

常见绿篱外形类似于旋转体，比如圆柱、圆锥、球形等，目前市场上绿篱修剪设备的工作方式一般都是通过人工操作摇杆，移动修剪机械臂至绿篱中心位置的上方，然后安装在机械臂的刀具以绿篱中心轴为旋转中心进行旋转修剪。绿篱识别和定位过程完全依赖人的肉眼观察，然后通过手动操控机械臂完成，该方法不仅耗时耗力、精确度低，而且对操作人员的熟练程度要求较高，结果就是绿篱修剪效率较低且修剪质量难以保证。

目前国内一些高校对绿篱修剪机进行了一些研究，例如：西安理工大学研发了一种基于功率激光束的绿篱修剪机，优点是工作噪音较小，缺点是只能进行平面切割，不适用于球形或者圆柱形绿篱的修剪，应用场景有限；长安大学研发了一种纯电动履带式绿篱修剪机，通过人工遥控进行控制，仅能完成水平、垂直修剪工作，智能化程度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于园林绿篱修剪的双目视觉识别和定位方法，可以快速、准确地获得绿篱的修剪中心和修剪半径以及定位信息。

为实现上述目的，本发明的用于园林绿篱修剪的双目视觉识别和定位方法，包括以下步骤：

步骤S1，使用双目相机采集多组平面棋盘的图像对，利用MatLab中的标定工具箱进行张正友平面棋盘标定实验，获得相机的内参数、外参数和畸变参数；

步骤S2，使用双目相机采集目标绿篱图像，提取目标绿篱模板图像；

步骤S3，使用双目相机采集待修剪的绿篱图像，对图像进行预处理，降低光照不均以及图像噪声所带来的影响；所述预处理为先进行图像灰度化处理，再进行图像滤波处理；

步骤S4，依据目标绿篱模板图像，通过模板匹配的方法，实现对目标绿篱的匹配识别；

步骤S5，对匹配识别到的左目绿篱图像进行分割，提取左、右目图像的特征点来完成立体匹配，然后基于匹配点对的视差值计算特征点的三维坐标，通过特征点的三维坐标拟合出代表目标绿篱的球体，从而获取绿篱的修剪中心坐标和修剪半径，实现对目标绿篱的定位。

进一步的，步骤S1使用双目相机采集多组平面棋盘的图像对，利用MatLab中的标定工具箱进行张正友平面棋盘标定实验，获得相机的内参数、外参数和畸变参数的方法包括以下步骤：

步骤S11，将具有8×11个黑白相间方块的棋盘贴在平板上，调整棋盘相对于双目相机的位姿，获取多组棋盘图像对；

步骤S12，调用MatLab中stereo Camera Calibrator模块，导入上步获取的多组棋盘图像对进行标定，删除重投影误差较大的图像对；

步骤S13，导出一个mat格式文件，其中包括左、右目相机的内参数和畸变参数，以及双目相机的外参数，完成双目相机标定工作。

进一步的，步骤S2使用双目相机采集目标绿篱图像，提取目标绿篱模板图像的方法包括以下步骤：