農(nóng)業(yè)自主行走機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)的研究.pdf

1、本文主要研究農(nóng)業(yè)自主行走機(jī)器人的視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)，包括行走路徑的提取和機(jī)器人的自定位。文中對(duì)復(fù)雜農(nóng)田場(chǎng)景和道路場(chǎng)景進(jìn)行了描述和合理的假設(shè)，通過(guò)對(duì)圖像信息的處理和理解提取出導(dǎo)航路徑，并根據(jù)導(dǎo)航路徑信息對(duì)機(jī)器人的自定位技術(shù)進(jìn)行了研究，最終求得機(jī)器人相對(duì)于導(dǎo)航路徑的橫向偏離和角度偏差。圖像采集使用CMOS型彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，導(dǎo)航方式采用單目視覺(jué)方式。 農(nóng)業(yè)自主行走機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航的首要研究目標(biāo)為導(dǎo)航路徑的識(shí)別，導(dǎo)航路徑通常表現(xiàn)為條帶狀的目標(biāo)物

2、，對(duì)農(nóng)田環(huán)境中、直線或彎度不大的道路環(huán)境，可將導(dǎo)航路徑假設(shè)為直線。通過(guò)對(duì)目標(biāo)的辨識(shí)和分析，分離出導(dǎo)航路徑。圖像分割就是把圖像分為各具特性的區(qū)域，并提取出感興趣目標(biāo)的過(guò)程。對(duì)于復(fù)雜的農(nóng)田場(chǎng)景和道路場(chǎng)景，普通的圖像分割方法很難快速有效地提取出導(dǎo)航路徑，因此本文提出了基于掃描線上像素分布的圖像分割法，逐行掃描圖像，根據(jù)掃描線上像素灰度(或RGB圖像中某種顏色分量)值的分布特征，提取出導(dǎo)航路徑的邊緣點(diǎn)，這種方法對(duì)于條帶狀目標(biāo)物有很好的分割效果。

3、 直線檢測(cè)是圖像分析和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)重要內(nèi)容，最常用的是最小二乘法和Hough變換法。最小二乘法對(duì)噪聲敏感，Hough變換法處理速度很慢，針對(duì)以上問(wèn)題本文提出了基于一點(diǎn)的改進(jìn)Hough變換法，首先提取出所有可能出現(xiàn)在直線上的點(diǎn)(侯選點(diǎn))，然后找到一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(已知點(diǎn))，按照一定規(guī)則將所有候選點(diǎn)向已知點(diǎn)投票，最終求得了直線的斜率。這種方法將傳統(tǒng)Hough變換的窮舉式的運(yùn)算過(guò)程簡(jiǎn)化為向一個(gè)已知點(diǎn)的投票，既保留傳統(tǒng)Hough變換的優(yōu)點(diǎn)

4、又簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，提高了處理速度。具體到實(shí)際圖像的處理，對(duì)于640×480像素的圖像，在主頻為1.6GHz，內(nèi)存容量是256MB的臺(tái)式機(jī)上處理時(shí)間可縮短到0.2ms左右，檢測(cè)結(jié)果能滿足實(shí)際工作的需要。 自定位技術(shù)是視覺(jué)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，機(jī)器人在沿導(dǎo)航路徑行駛時(shí)其位置可以用相對(duì)導(dǎo)航路徑的橫向偏離量d及偏轉(zhuǎn)角β表示。本文在使用兩步法進(jìn)行攝像機(jī)的標(biāo)定之后，提出了基于導(dǎo)航路徑直線信息的機(jī)器人自定位方法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方法的橫向偏離量