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基于机器视觉的小型插秧机导航研究

作　者: 施响军
导　师: 武传宇
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 插秧机导航机器视觉秧苗行远程控制
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

插秧机导航是精准农业的发展要求。然而目前文献中所记载的插秧机导航研究,主要是针对乘坐式插秧机,对于同样具有较高适用性的小型插秧机(步行式),其导航研究还未见有相关资料报道;另外,与GPS等导航方法相比,在小型插秧机上采用机器视觉导航具有更好的使用灵活性。为此本文针对小型插秧机的视觉导航做了如下研究:1)秧苗与背景土壤间的分割分析各种颜色空间与颜色因子(EXG、CIVE)用于实现图像灰度化;分析各种阈值提取方法用于实现灰度图像二值化。最终得到CIVE灰度级与OTSU方法的组合能较优实现图像分割。为减少捕获图片因光照、周围环境等因素变化而带来的信息丢失,研究采用自适应阈值与全局阈值进行加权组合的方法来完成图像分割。对于图像降噪则考虑采用形态学腐蚀方法实现。2)秧苗行的识别与导航信息提取通过Hough变换进行秧苗行的提取,并根据秧苗行在图像中成像特点,开展了导航基准线的选择研究;采用张正友的摄像头标定方法进行摄像头标定,并介绍了如何利用OpenCV中的有关函数实现摄像头内外参数的提取;通过构建插秧机视觉导航针孔成像模型,分析了秧苗行的成像原理,并从几何学角度对导航参数(位置偏差、角度偏差、田埂距离)进行了计算公式推导。3)为实现插秧机视觉导航所做的硬件改装分析插秧机的结构与动力组成,借助其原有液压系统,实现插秧机的电液控制改装。为更方便、有效地实现插秧机的小角度调整,设计了辅助转向机构(摆动尾轮)。针对从油缸的直线运动到尾轮的摆动,通过运动分析确定其较优传动机构。4)插秧机的视觉导航实验通过构建起的硬件平台与软件平台,开展所需导航实验。无线控制陆地与水田实验用于得到该导航系统的硬件性能参数;视觉导航陆地实验用于为水田导航做铺垫。陆地实验结果表明,目前该系统平均角度误差小于2.4°,平均位置偏差小于90mm,角度标准差约为4°,位置偏移标准差小于65mm。通过对所得数据的分析总结,得到了该导航系统的下一步改进方案。

基于机器视觉的小型插秧机导航研究

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