[发明专利]银杏花穗定向方法及系统

权利要求书

1.一种银杏花穗定向方法，首先采集银杏花穗的可见光图片和深度图像，并识别出花穗目标，并获得花穗目标中心世界坐标；其特征是然后进行如下步骤的处理：

1)求取树枝方向向量；

2)获取花穗目标中心点向附近树枝垂直投影所得垂足的世界坐标，从而获得花穗方向向量；

3)通过花穗方向向量与树枝方向向量，判定花穗目标与树枝目标的相对位置关系；

4)计算出花穗目标方向相对于基面α的角度，判断花穗在正交平面γ的上方还是下方；

所述步骤1)中，仅求取花穗目标附近的树枝段的方向向量，获得树枝方向向量的方法为；树枝方向向量为树枝所在直线的矢量表达，通过获得表达树枝所在的直线的特征点即获取树枝方向向量，则获得关键树枝方向向量；

所述步骤2)中，花穗方向向量的求取：

采用垂足公式(1)求取花穗目标中心点向树枝方向向量垂直投影点的世界坐标，结合花穗目标中心的世界坐标，获取花穗方向向量；

式中：

F为直线方向向量即列向量，作为树枝方向向量，

P为直线外一点坐标向量，作为花穗目标中心点世界坐标向量，

P₀为直线上一点的坐标向量，作为已经求取到的树枝特征点世界坐标向量；

所述步骤3)中，花穗方向向量与基面α夹角θ的求取：

定义向量v₁为花穗方向向量，向量u为树枝方向向量，向量a为竖直向量，向量b₁为角度参考向量；

设竖直向量a坐标为(0，0，1)，向量a方向为竖直向上，与竖直平面β共面，向量a与竖直方向向量的向量积为参考向量b₁；

参考向量b₁的方向为垂直于竖直平面β，指向垂直平面前面；角度参考向量b₁平行于基面α和竖直平面β，即与基面α和竖直平面β的交线平行；参考向量b₁作为角度参考向量；

由于正交平面γ与基面α垂直，且花穗方向向量v₁与正交平面γ共面，花穗方向向量与基面α的夹角θ即为花穗方向向量与参考向量b₁的夹角θ，利用两个空间向量夹角公式(2)，获取夹角θ的余弦值，通过反正弦函数求出夹角θ的值；

式中：向量x(x₁，x₂，x₃)为花穗方向向量，即为向量v₁；向量y(y₁，y₂，y₃)为角度向量，即为向量a(0，0，1)；

步骤4)中：

4.1)花穗向量在竖直平面β前面还是后面的判断：

定义向量v₁和向量v₂为两个花穗方向向量，向量v₁指向竖直平面β的前面，向量v₂指向竖直平面β后面，夹角θ为花穗方向向量v₁与角度参考向量b₁的夹角，夹角θ′为花穗方向向量v₂与角度参考向量b₁的夹角；

通过花穗方向向量与基面α的夹角θ大小判定花穗方向向量在竖直平面β的前面还是后面：花穗方向向量v₁在竖直平面β前面，其夹角θ为锐角，花穗方向向量v₂在竖直平面β后面，其夹角θ′为钝角；

通过判断花穗方向向量与角度参考向量的夹角为锐角还是钝角判断花穗向量在竖直平面β的前面还是后面：当夹角θ小于90°时，则花穗在竖直平面β的前面，；当夹角θ大于90°时，花穗在竖直平面β的后面；

4.2)花穗方向向量在基面α的上面还是下面的判断：

定义向量v和向量v’分别为两个花穗方向向量，向量u为树枝方向向量，向量b₁为角度参考向量，向量b₂与向量b₂′为方向参考向量，方向参考向量b₂′由花穗方向向量v与角度参考向量b₁进行数量积运算得到，方向参考向量b₂′由花穗方向向量v’与角度参考向量b₁进行数量积运算得到，向量b₂′与向量u同向，向量b₂与向量u反向，方向参考向量b₂与b₂′垂直于正交平面γ，平行于树枝方向向量u；

花穗方向向量v指向基面α上面，其方向参考向量b₂与树枝方向向量反向，花穗方向向量v’指向基面α下面，其方向参考向量b₂′与树枝方向向量同向；

向量的同向与反向是通过数量积进行判断：当两个向量同向时，这两个向量的数量积大于0，当两个向量反向时，这两个向量的数量积小于0；通过判断方向参考向量与树枝方向向量数量积的正负判定花穗方向向量在基面α的下面还是上面；当方向参考向量与树枝方向数量积小于0时，两个向量反向，花穗向量在基面α的上面，当方向参考向量与树枝方向数量积大于0时，两个向量同向，花穗向量在基面α的下面。