[发明专利]一种联合收获机田头转向系统及方法和联合收获机

权利要求书

1.一种联合收获机田头转向系统，其特征在于，包括视觉检测模块、机器状态监测模块和液压控制模块；

所述视觉检测模块包括双目相机与工控机；所述双目相机采集联合收获机前方图像，所述工控机对采集的图像进行处理，通过田头边界检测算法得到田头位置和田头边界与车身距离；

所述视觉检测模块用于采集田间作物图像、并处理、通过田头边界检测算法计算得到田头边界信息和田头边界与车身距离；

所述视觉检测模块的双目相机采集的左、右图像进行像素点匹配，根据匹配结果计算每个像素的深度，从而获得深度图像；

双目相机倾斜拍摄的作物边界图像，深度图像先进行逆透视投影变换，去除图像透视效果，将作物边界转换成鸟瞰视角的状态，提取图像的感兴趣区域；

所述深度图像中的像素值即为Z_c，通过相机坐标系到世界坐标系的转换，转换公式为：

其中，(X_W,Y_W,Z_W)为世界坐标系下坐标，(X_C,Y_C,Z_C)是相机坐标系，θ为相机安装俯仰角，T为相机坐标系到世界坐标系垂直方向的平移距离；当图像像素值设为Y_w，即得到距离图像，当图像像素值设为Z_w，即得到高程图像；

利用作物与田头地面存在的高度差，对所述高程图像进行最大类间方差法分割得到作物区域，以作物区域最远处位置作为田头边界位置；

将所述田头边界位置映射于距离图像，既得到田头边界与联合收获机距离；

所述机器状态监测模块用于实时监测联合收获机的前进速度与车身航向角；所述液压控制模块分别与视觉检测模块和机器状态监测模块连接，液压控制模块根据前进速度、车身航向角、田头边界信息和田头边界与车身距离，控制联合收获机完成田头转向动作，

当首次检测到田头边界，联合收获机进行减速，并保持匀速前行，同时继续检测田头边界距离；

当田头边界与联合收获机距离小于设定值时，由双目相机检测得到的田头边界与联合收获机距离d与转向方向，测速雷达所测前进速度为v，得到联合收获机到达田头位置所需时间t＝d/v，联合收获机前进时间t后到达田头位置；

到达田头位置后，液压控制模块控制割台抬升至最高位，记录此时机器状态监测模块所测航向角为yaw_0，收获机开始后退并转向，实时读取航向角yaw，当|yaw-yaw_0|≥90°时，收获机转向结束，液压控制模块控制割台下降至作业高度，完成田头转向。

2.如权利要求1所述的联合收获机田头转向系统，其特征在于，所述双目相机安装于联合收获机驾驶室顶部，并与水平面有一夹角θ，向下倾斜拍摄联合收获机前方图像。

3.如权利要求1所述的联合收获机田头转向系统，其特征在于，所述机器状态监测模块包括测速雷达与惯性测量单元；所述测速雷达监测联合收获机当前前进速度；所述惯性测量单元监测联合收获机当前航向角。

4.如权利要求3所述的联合收获机田头转向系统，其特征在于，所述惯性测量单元水平安装于联合收获机驾驶室内部；所述测速雷达安装于联合收获机底盘与地面呈40～50°夹角安装。

5.如权利要求1所述的联合收获机田头转向系统，其特征在于，所述液压控制模块包括主控制单元、比例换向阀和液压缸；所述主控制单元接收田头边界与车身距离、前进速度和车身航向角信息，输出信号驱动比例换向阀动作，驱动液压缸活塞杆伸出，控制联合收获机割台升降与转向。