[发明专利]农业机械视觉导航中人工设置路标的识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农业机械视觉导航中人工设置路标的识别方法，属于信息技术自动控制领域。

背景技术

自主移动机器人的定位与导航，是智能机器人领域的一个重要的研究方向，也是智能移动机器人的一项关键技术。在农业作业自动化领域，农业机械导航经历了沿犁沟、田垄、农作物行的机械触杆导航，预埋引导电缆的有线引导，地磁导航，无线电或激光导航，用惯性导航等多种导航方式后，机器视觉导航成为农业机械导航的重要发展方向。但是，对于农业自主移动作业机械来说，农业作业环境与工业作业环境有很大不同，表现在：植株枝叶交织现象明显，季节变化引起形态颜色改变较大，地面高低不平。这些因素直接影响到自然环境信息导航参数的提取，从而影响机器视觉导航功能的正常发挥。目前的农业视觉参数提取方法，只能适用于某一种环境，还没有能够适用于多种环境，可以稳定运行的视觉导航参数算法，因此，现有的农业视觉参数提取方法受农业环境制约性较大，运行效率较低，稳定性差。

发明内容

针对现有农业机器视觉导航识别技术存在的受农业环境制约性较大，运行效率较低，稳定性差的技术缺点，本发明提出了一种基于人工设置路标的农业机械视觉导航识别方法。该方法能够适用于多种环境，并且运行稳定。

本发明涉及的路标识别导航系统由路标、CCD摄像头、工控机组成。路标上设计有控制字符，CCD摄像头用于采集人工布设在农业作业环境中的路标的场景图像(RGB图像)，工控机用于图像处理和控制语义的识别。

本发明的设计方案是这样实现的：

(1)路标的设计方法。路标由硬质材料制作而成，路标颜色可以根据土壤、季节、环境的变化进行更改，路标颜色与环境颜色要有较大差异。路标上标有控制字符，字符的颜色也要与路标颜色有较大的差异。

(2)对路标的识别及其图像的倾斜调整。按以下步骤进行：

第一步：用CCD摄像头采集人工布设在农业作业环境中的路标的场景图像(RGB图像)。

第二步：利用(1)所述的路标、农业环境、控制字符三者颜色存在的差异，对路标的场景图像进行横向逐行扫描和竖向逐列扫描。将路标颜色的RGB值在农业环境中的范围用(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)表示，对路标的场景图像的扫描算法如下：

①当第i行有大于10个象素点的RGB值的范围落在(R1 R2)(G1 G2)(B1B2)时，而其前面任何行内落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)内的像素点都不大于5时，判断路标在图像上的上边界；

②当第i行有大于10个象素点的RGB值的范围落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)时，而其下面任何行内落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)内的像素点都不大于5时，判断路标在图像上的下边界；

③当第i列有大于10个象素点的RGB值的范围落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)时，而其前面任何列内落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)内的像素点都不大于5时，判断路标在图像上的左边界；

④当第i列有大于10个象素点的RGB值的范围落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)时，而其后面任何列内落在(R1 R2)(G1 G2)(B1 B2)内的像素点都不大于5时，判断路标在图像上的右边界；

根据检测出的路标的上下左右边缘，获得路标在场景图像上的粗略位置，使整个路标的边缘在分割的图像之内。

第三步：由于农业作业环境的地平面不平整，获得的路标图像会有一定的倾斜，因此需要对路标图像进行倾斜调整。调整方法是：对分割出的路标图像进行边缘检测，由于控制字符颜色与路标颜色有较大的不同，因此可以检测出控制字符的边缘，利用HOUGH变换检测图像中直线，并获得图像坐标系下直线与水平方向的夹角θ，这个角度就是字符与水平方向的倾斜的角度，以图像坐标系的圆点为旋转基准点对图像进行旋转，当θ大于零时，对图像进行顺时针旋转|θ|，当θ小于零时，对图像进行逆时针旋转|θ|。

(3)利用路标颜色与控制字符颜色的差异实现对路标上控制字符的整体分割。对分割后获得的路标图像进行横向扫描，控制字符颜色的RGB值范围用(r1r2)(g1 g2)(b1 b2)表示。从图像区域的中间开始向上下分别逐行扫描，当该行有超过5个像素点的RGB值同时落在控制字符的颜色范围内时，则对上一行进行扫描，直到某行的像素点的RGB值小于5，由此判断该行是控制字符整体的上边界，同理，可检测出下边界。利用边界值分割出边缘图像中控制字符的整体区域。

(4)单个控制字符图像的分割及其进一步的处理。按以下步骤进行：