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专利号: 2012105872394
申请人: 湖南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种作业机械自动导航三标识定位装置,其特征在于,包括作业机械和3个有色标识L1、L2和L3;有色标识L1和有色标识L2均设置在作业区同一侧的边界处;有色标识L3设置在作业区另一边界处,且有色标识L3和有色标识L2的连线L2L3与有色标识L1和有色标识L2连线L1L2垂直;

作业机械上通过三脚架安装有全方位视觉传感器;作业机械上还设有用于执行定位数据计算功能的计算机;全方位视觉传感器与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的作业机械自动导航三标识定位装置,其特征在于,有色L1和有色标识L2之间的距离小于或等于150m。

3.根据权利要求2所述的作业机械自动导航三标识定位装置,其特征在于,所述全方位视觉传感器包括上盖、下盖、曲面镜面、中心针、透明外罩、USB摄像机和USB线;

所述曲面镜面与所述上盖粘合在一起,所述上盖通过螺纹旋装在所述透明外罩上;所述下盖中间空心,并伸出有螺口连接所述USB摄像机的镜头;所述曲面镜面为球面、抛物线曲面或双曲线曲面,具有单一视点;所述透明外罩套在曲面镜面的外部;所述中心针固定在上盖上,穿过并粘合在曲面镜面的镜面中心;所述有色标识为圆形或圆锥形的人工有色标识,有色标识内设有增强颜色效果的光源。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的作业机械自动导航三标识定位装置的作业机械自动导航三标识定位方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:通过全方位视觉传感器采集向前位置的全方位图像;

步骤2:在所述的全方位图像中识别出各有色标志,并获取各有色标志相对于全方位视觉传感器的投影中心的方位角;

步骤3:计算出作业机械的绝对位置坐标;完成作业机械定位。

5.根据权利要求4所述的作业机械自动导航三标识定位方法,其特征在于,步骤2中识别出各有色标志的方法为:对全 方 位 图像 进 行 逐行 扫 描,利用 公 式[re,be]=[R-(B+G)/2-|B-G|,B-(R+G)/2-|R-G|]计算图像中每一个像素点红色像素强度re和蓝色像素强度be,标识采用红色/蓝色组合色标识,其中R、G、B分别为当前像素点的红、绿和蓝色强度分量;

当当前像素点中的红色像素点强度大于预设红色量阈值时,则判定当前像素点为红色特征像素点;

当当前像素点中的蓝色像素点强度大于预设蓝色量阈值时,则判定当前像素点为蓝色特征像素点;

从而抽取出红色和蓝色特征像素点;

根据任意一个标识在图像中最大红色像素距离设置红色像素距离最大值,计算抽取出的任意两个红色像素间的欧几里得距离,当红色像素间欧几里得距离小于红色距离最大值时判断为一个红色特征像素点区域;根据任意一个标识在图像中最大蓝色像素距离设置蓝色像素距离最大值,计算抽取出的任意两个蓝色像素间的欧几里得距离,当蓝色像素间欧几里得距离小于蓝色距离最大值时判断为一个蓝色特征像素点区域;依次完成整个图像的特征像素点区域分区;

在图像上以左上角为原点,定义直角坐标系u,v,每个像素的坐标为(u,v)分别以像素为单位;利用下式计算红色或蓝色特征像素点区域的像素点的重心;然后计算红色特征像素点区域像素点重心和蓝色特征像素点区域像素点重心的距离;根据红色特征像素点区域像素点重心和蓝色特征像素点区域像素点重心的距离约束值判断是否为标识,当计算红色特征像素点区域像素点重心和蓝色特征像素点区域像素点重心的距离在距离约束值范围之内,即判断为一个标识;否则判断不是标识;

式中:

Xre、Yre:图像处理计算的红色标识图像坐标;Riu、Riv:提取第i个红色标识特征像素的图像坐标;n1:红色特征像素点区域的像素总量;Xbe、Ybe:图像处理计算的蓝色标识图像坐标;Biu、Biv:提取第i个蓝色标识特征像素的图像坐标;n2:蓝色特征像素点区域的像素总量;

如果能成功识别3个标识,则完成标识识别;

完成标识识别后,对每一个有色标识的所有特征像素(包括蓝色特征像素和红色特征像素)求重心作为该有色标识的坐标。

6.根据权利要求4所述的作业机械自动导航三标识定位方法,其特征在于,步骤2中获取各有色标志相对于全方位视觉传感器的投影中心的方位角方法为:在全方位图像中,投影中心O和3个有色标识的坐标确定后,直接求得方位角θ1、θ2和θ3;其中θ1、θ2和θ3分别为OL1与OL2的夹角、OL2与OL3的夹角以及OL1与OL3的夹角。

7.根据权利要求5或6所述的作业机械自动导航三标识定位方法,其特征在于,步骤3中计算出作业机械的绝对位置坐标的步骤为:采用三种方法计算3个候选位置点I1~I3的位置坐标,计算3个候选位置点I1~I3的重心,作为作业机械在工作区域的最终定位坐标(x1,y1);

其中xI1,xI2,xI3分别为3个候选位置点I1~I3的横坐标;

yI1,yI2,yI3分别为3个候选位置点I1~I3的横坐标;

候选位置点I1的坐标为:

其中,c1=l/[tanθ2(w/tanθ1+w/tanθ2-1)],候选位置点I2的坐标为:

其中,c2=w/[tanθ2(l/tanθ3+l/tanθ2-w)]

候选位置点I3的坐标为:

其中,c3=(l/tanθ3-w)/(w/tanθ1-l);式中,w为标识L1到标识L2的距离,l为标识L1到标识L3的距离。