基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114187353A(43)申请公布日2022.03.15(21)申请号202111211806.1(22)申请日2021.10.18(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人闻敬谦范银冬姚轶溥甄晓阳(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人邬晓楠(51)Int.Cl.G06T7/73(2017.01)G06T7/13(2017.01)G06T7/80(2017.01)G06K7/14(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法(57)摘要本发明公开的基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法，属于农业机械自动化技术领域。本发明实现方法为：在收割机驾驶台前上方安装相机，并对相机进行内参标定；标定相机坐标系相对于地面坐标系的位姿；在拨禾轮主轴上粘贴编码条，计算拨禾轮主轴轴心线在编码条坐标系中的位置；标定中间转换坐标系和割刀所确定的割台坐标之间的位姿关系；通过视觉定位出编码条坐标系和中间转换坐标系在相机坐标系中的位置，通过坐标转换，计算出拨禾轮主轴轴心线在相机坐标系中的空间位置，再通过坐标转换，计算出拨禾轮主轴轴心线相对于割台坐标系的位置和相对于地面的高度。本发明能够提高拨禾轮作业位置测量的精度和安全性，降低传感器成本和安装复杂性。CN114187353ACN114187353A权利要求书1/3页1.基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S1：在收割机驾驶台前上方安装单目相机，保证能够同时拍摄到收割机的拨禾轮主轴、割台；步骤S2：对所述单目相机的内参进行标定，获得相机内参矩阵；步骤S3：在地面上确定一个地面坐标系，并标定所述相机确定的相机坐标系相对于地面坐标系的位姿；步骤S4：在拨禾轮主轴上绕着粘贴一圈编码条，所述编码条用于确定一个编码条坐标系，通过编码条坐标系计算出拨禾轮主轴轴心线在所述编码条坐标系中的位置；步骤S5：由于割刀在作业时会被作物遮挡，所以在作业时不能实时获知割刀的位置，需要通过中间转换坐标系间接推算割刀的位置；所述中间转换坐标系通过割台上可见区域内的标定纸计算割刀位置，该标定纸粘贴在收割机割台相对于割刀静止的任意部件上，之后标定所述中间转换坐标系和割刀所确定的割台坐标系之间的位姿关系；步骤S6：收割机作业过程中，所述相机实时拍摄拨禾轮主轴和割台，将图片传输给上位机处理，上位机程序根据拍摄到的图片，定位出所述编码条坐标系在相机坐标系中的位置，根据编码条坐标系的位置，计算出拨禾轮主轴轴心线在所述相机坐标系中的空间位姿；步骤S7：根据拍摄到的图片，定位出所述中间转换坐标系的位置，之后，根据中间转换坐标系和割台坐标之间的位姿关系，计算出拨禾轮主轴轴心线相对于割台坐标系的位姿；步骤S8：结合步骤S7得到的位姿，以及初始标定的相机坐标系相对于地面坐标系的位姿，计算出拨禾轮主轴轴心线相对于地面的高度，即实现拨禾轮作业位置测量。优选的，所述步骤S7，通过模式识别算法，粗定位标定纸的位置，再通过角点检测算法识别标定纸上的正方形角点；根据已知的四个角点在中间转换坐标系上的空间坐标和在图像上的像素坐标，求解PNP问题，计算出相机坐标系到中间转换坐标系的转换矩阵Rc‑m和Tc‑m，Rc‑m和Tc‑m分别是相机坐标系到中间转换坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。2.如权利要求1所述的基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法，其特征在于：所述步骤S2，通过张正友标定法标定单目相机的内参矩阵。3.如权利要求1所述的基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法，其特征在于：所述步骤S3为了标定相机相对于地面的位姿，作业之前在相机视野范围内的地面上平放一块棋盘标定板，以棋盘格标定板上某个正方形的角点作为原点O0，正方形的两个边作为x轴和y轴，垂直于x轴和y轴所构成平面并向上的方向作为z轴正方向，建立初始地面坐标系O0x0y0z0；用迭代法、EPnP算法和P3P算法求解PNP问题，计算三种方法下相机在初始地面坐标系中的位姿和已知点的重投影误差，最后选择重投影误差最小的位姿作为相机相对于初始地面坐标系的位姿；在收割机运动过程中，每个时刻n都有一个地面坐标系Onxnynzn，相机坐标系相对于地面坐标系Onxnynzn的位姿保持不变。4.如权利要求1所述的基于视觉的智能稻麦收割机拨禾轮位置测量方法，其特征在于：所述步骤S4在拨禾轮主轴上粘贴的编码条由黑白相间的矩形组成，并能保证每个时刻至少有一个矩形出现在相机视野中，且编码条中的矩形其中一个方向的所有边空间平行于拨禾轮主轴轴线。5.如权利要求1、2、3或4所述的基