基于機(jī)器視覺的小型農(nóng)業(yè)AGV玉米田間路徑識(shí)別研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛速進(jìn)步，智能機(jī)械被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事、農(nóng)林等范疇。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率，提升農(nóng)機(jī)操作的安全性以及降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度成為關(guān)注的焦點(diǎn)。智能農(nóng)機(jī)人是當(dāng)代農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要組成，也是未來農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究方向。目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究主要以現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械為基礎(chǔ)或者設(shè)計(jì)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械作為系統(tǒng)平臺(tái)，然后在該平臺(tái)上安裝相關(guān)傳感器(例如GPS、IMU、速度傳感器、攝像機(jī)等)作為硬件采集元件。根據(jù)識(shí)別和規(guī)劃出的導(dǎo)

2、航路徑，上位機(jī)進(jìn)行分析和決策?？刂破鞲鶕?jù)指令控制農(nóng)機(jī)按照識(shí)別出的導(dǎo)航路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行駛。
　　本研究從現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航路徑識(shí)別算法和研究水平出發(fā)，根據(jù)大田環(huán)境下玉米中后期的病蟲害防治以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的自主導(dǎo)航需求，提出了基于單目視覺的小型農(nóng)業(yè)AGV的玉米行間自主導(dǎo)航方法，研究?jī)?nèi)容具體如下：
　　首先，設(shè)計(jì)了小型農(nóng)業(yè)AGV的樣機(jī)和控制系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)AGV設(shè)計(jì)成輪式樣式，整體的質(zhì)量較低、靈活性較強(qiáng)。根據(jù)我國(guó)北方玉米的種植方式，規(guī)劃樣

3、機(jī)的整機(jī)尺寸并留有熱霧機(jī)和噴藥系統(tǒng)的空間。農(nóng)業(yè)AGV的驅(qū)動(dòng)形式為后輪驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪，舵機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向。圖像處理開發(fā)板和工控機(jī)上位機(jī)用于圖像處理和導(dǎo)航?jīng)Q策。
　　其次，在圖像處理方面，改進(jìn)了傳統(tǒng)的2G-R-B算法中的各個(gè)分量的權(quán)重，先采集玉米田間多張圖像，分別對(duì)每張圖像進(jìn)行綠特征提取，找出G值三個(gè)分量的系數(shù)的平均值，并以該值作為綠色特征提取的系數(shù)，分離出作物行。隨后對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理操作，其中二值化運(yùn)算方法較多，將開運(yùn)算、閉運(yùn)

4、算、腐蝕、膨脹進(jìn)行靈活組合運(yùn)用，分割出感興趣區(qū)域。在玉米根莖定位點(diǎn)識(shí)別和提取方面，利用了不同的方法進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)一種基于垂直投影圖的峰值點(diǎn)檢測(cè)算法判斷出玉米根莖峰值點(diǎn)，再將定位點(diǎn)二次修正，得到精確的玉米根莖定位點(diǎn)。
　　最后，分別用不同的直線擬合方法對(duì)玉米根莖定位點(diǎn)進(jìn)行擬合。通過比較擬合后的精度和耗時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用最小二乘法可以更快地、更精確地?cái)M合出玉米行根莖線。計(jì)算兩條玉米行根莖線的角平分線方程，并以此線作為農(nóng)業(yè)AGV的導(dǎo)航基準(zhǔn)線，

5、將玉米行中心線的導(dǎo)航偏角和橫向偏差作為導(dǎo)航輸入?yún)?shù)。提取這兩個(gè)參數(shù)之前，利用HDL和攝像機(jī)聯(lián)合標(biāo)定的方法，可以快速地將圖像中的導(dǎo)航基準(zhǔn)線的參數(shù)轉(zhuǎn)化到在世界坐標(biāo)中，控制AGV的行走和轉(zhuǎn)向。
　　實(shí)驗(yàn)表明，本研究提出的算法適用于中后期玉米等高桿作物病蟲害防治對(duì)小型農(nóng)業(yè)AGV視覺導(dǎo)航的需求，其橫向偏差的平均值為3cm，導(dǎo)航角度偏差的平均值為2.06°，符合田間的導(dǎo)航需求。本方法為農(nóng)業(yè)AGV在玉米大田中的自主行走提供了一種可靠的參考方法。