基于機器視覺的小型插秧機導(dǎo)航研究.pdf

1、插秧機導(dǎo)航是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。然而目前文獻(xiàn)中所記載的插秧機導(dǎo)航研究,主要是針對乘坐式插秧機,對于同樣具有較高適用性的小型插秧機(步行式),其導(dǎo)航研究還未見有相關(guān)資料報道;另外,與GPS等導(dǎo)航方法相比,在小型插秧機上采用機器視覺導(dǎo)航具有更好的使用靈活性。為此本文針對小型插秧機的視覺導(dǎo)航做了如下研究:
　　 1)秧苗與背景土壤間的分割
　　 分析各種顏色空間與顏色因子(EXG、CIVE)用于實現(xiàn)圖像灰度化;分析各種閾值提取

2、方法用于實現(xiàn)灰度圖像二值化。最終得到CIVE灰度級與OTSU方法的組合能較優(yōu)實現(xiàn)圖像分割。為減少捕獲圖片因光照、周圍環(huán)境等因素變化而帶來的信息丟失,研究采用自適應(yīng)閾值與全局閾值進(jìn)行加權(quán)組合的方法來完成圖像分割。對于圖像降噪則考慮采用形態(tài)學(xué)腐蝕方法實現(xiàn)。
　　 2)秧苗行的識別與導(dǎo)航信息提取
　　 通過Hough變換進(jìn)行秧苗行的提取,并根據(jù)秧苗行在圖像中成像特點,開展了導(dǎo)航基準(zhǔn)線的選擇研究;采用張正友的攝像頭標(biāo)定方法進(jìn)行攝

3、像頭標(biāo)定,并介紹了如何利用OpenCV中的有關(guān)函數(shù)實現(xiàn)攝像頭內(nèi)外參數(shù)的提取;通過構(gòu)建插秧機視覺導(dǎo)航針孔成像模型,分析了秧苗行的成像原理,并從幾何學(xué)角度對導(dǎo)航參數(shù)(位置偏差、角度偏差、田埂距離)進(jìn)行了計算公式推導(dǎo)。
　　 3)為實現(xiàn)插秧機視覺導(dǎo)航所做的硬件改裝
　　 分析插秧機的結(jié)構(gòu)與動力組成,借助其原有液壓系統(tǒng),實現(xiàn)插秧機的電液控制改裝。為更方便、有效地實現(xiàn)插秧機的小角度調(diào)整,設(shè)計了輔助轉(zhuǎn)向機構(gòu)(擺動尾輪)。針對從油缸的

4、直線運動到尾輪的擺動,通過運動分析確定其較優(yōu)傳動機構(gòu)。
　　 4)插秧機的視覺導(dǎo)航實驗
　　 通過構(gòu)建起的硬件平臺與軟件平臺,開展所需導(dǎo)航實驗。無線控制陸地與水田實驗用于得到該導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件性能參數(shù);視覺導(dǎo)航陸地實驗用于為水田導(dǎo)航做鋪墊。陸地實驗結(jié)果表明,目前該系統(tǒng)平均角度誤差小于2.4°,平均位置偏差小于90mm,角度標(biāo)準(zhǔn)差約為4°,位置偏移標(biāo)準(zhǔn)差小于65mm。通過對所得數(shù)據(jù)的分析總結(jié),得到了該導(dǎo)航系統(tǒng)的下一步改進(jìn)方案