[实用新型]一种基于DSP和双目视觉的微型农业机械导航与远程监控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种农业机械的导航系统，尤其涉及一种适用于微型农业机械的基于DSP和双目视觉的导航与远程监控系统，可实现微型农业机械在田间的自主行走和用户的远程监控。 

背景技术

我国是一个发展中的农业大国，近年来，虽然我国农业机械化水平已大幅提高，但智能化水平仍然较低，由于农田劳动环境恶劣，广大农民依然面临着劳动强度大、劳动条件恶劣、劳动效率低的困难。据统计，我国的稻谷、小麦等主要农作物的生产成本中，人工费用平均占到45％，而发达国家农产品人工费用不到10％。因此，采用智能农业机械导航系统代替人工操作具有不可言喻的优越性。目前，机器视觉技术已经较成熟地应用于工业、军事领域，在农业领域的关注也越来越广泛，但以单目视觉技术为主，其只能获得目标物的二维信息，而双目视觉具有高效率和高精度的优点，能够获得目标物的深度信息，为克服农田作业环境复杂、不确定因素多等困难提供了技术依据。 

而且，农田作业环境的复杂多变，要求农业导航系统具有更高的实时性和精准性，这使得农业机械导航系统比一般工业机器人的应用难度更大，并对核心处理器提出了更高的要求。硬件装置作为各种技术的载体，其水平直接影响到系统的整体性能。传统的基于PC机的机器视觉系统体积庞大，功耗高，实时性较差，因此多用于算法研究和仿真；DSP即数字信号处理技术成熟的信号处理芯片因具有强大的处理能力和高运行速度，且体积小、功耗低，其技术和结构特性方面均比通用PC机具有较大的优势，能够满足在复杂的农田环境下进行大量的实时数据处理的需求，更有专门用于视频图像处理的DSP处理芯片，可以更加快速、准确地实现农业机器人导航。 

因此本实用新型提出了一种能够满足农田路径导航实时性和精确度要求的基于DSP的微型农业机械导航系统，且与远程监控系统相耦合，能更好地保障农业机械工作的安全性和准确性。 

发明内容

为了能够适应机电一体化的发展，实现农业机械的智能化，本实用新型提供了一种适用于微型农业机械的基于DSP的双目机器视觉导航与远程监控系统，可实现微型农业机械在田间的自主行走，或配备不同 机具完成开沟、施肥、除草等作业，更有远程监控系统与之耦合，操作简便，安全可靠。 

一种基于DSP和双目视觉的微型农业机械导航与远程监控系统，包括双目视觉导航子系统和远程监控子系统，其中双目视觉导航子系统包括三部分：图像采集装置、DSP图像处理装置和控制装置。图像采集装置即双目CCD摄像机采集到的模拟视频信号，传至视频解码器，将其转换为数字视频信号，由DSP图像处理装置处理图像，采用双目视觉技术，最终获得导航路径和障碍物的三维坐标，经过摄像机标定获得导航参数，并输出给控制装置，即由单片机经过解码将控制信号传输给液压驱动装置，进而控制相应液压油路的通断以实现农业微型机械的前进、左右转向以及机具的升降，同时还可以实时地将现场的图像信息无线传输给远程PC机，若出现自动导航系统失灵等突发状况，可以人为远程控制微型农业机械。 

双目视觉导航子系统由以下三部分构成： 

图像采集装置，包括两个CCD摄像机和两片视频解码器。视频解码器将CCD采集到的模拟视频数据转换为适用于图像处理的数字视频，作为DSP图像处理装置的输入信号。 

DSP图像处理装置，包括DSP核心处理器、电源模块、外部数据存储器、FLASH单元以及视频编码器等外设单元。其中，图像处理算法的核心代码固化在FLASH单元中。 

控制装置，包括1片单片机控制器和液压驱动装置。DSP图像处理装置将导航参数输出给单片机，由单片机经过解码将控制信号传输给液压驱动装置，进而控制相应液压油路的通断以实现农业微型机械的前进、左右转向以及机具的升降。 

系统上电后，首先由DSP处理器对视频编解码器、FLASH单元、外部存储器等外设单元进行初始化，然后由两个CCD摄像机采集到的图像经过视频解码器解码存储到DSP的高速缓存中，DSP处理器通过中断请求一边从缓存中读取图像数据一边处理数据，处理数据时，运用双目视觉技术，从两个视点观察同一场景，以获取不同视角中的图像，在完成摄像机标定后，利用三角测量原理，经过立体匹配、深度信息提取及三维重建，解决两幅图像的像素点之间的对应关系，从而得到导航参数和障碍物的三维坐标，同时将图像数据存储到外部存储器，经过视频编码后用于远程传输。经过图像处理获得的导航参数传输给控制装置，从而实现微型农业机械的自主导航。