專利名稱：果園林間導航線提取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種果園林間導航線提取方法。
背景技術：
具有高度自動化的農業(yè)機械以及更智能化的農業(yè)機器人近年來發(fā)展迅速，在降低農業(yè)生產的勞動強度、緩解農村勞動力不足、降低農產品生產成本等方面起到了較大作用。 上述高度自動化農業(yè)機械和農業(yè)機器人的導航部件由于作用關鍵、技術難度較大，一直是研究的熱點，按種類來分有GPS導航、慣性導航及機器視覺導航等方式，其中由于后者具有信號探測范圍廣、信息完整等優(yōu)點，隨著電子技術的快速發(fā)展，取得了較廣泛的應用。運用機器視覺來進行自動化農業(yè)機械或農業(yè)機器人自主導航，開始于20世紀80 年代早期，當時相對低廉可靠的CCD圖像傳感器開始出現(xiàn)。隨著計算機、微電子等相關技術的不斷進步，一些復雜的圖像處理和分析算法能夠順利實現(xiàn)，使得農業(yè)機器人視覺導航技術的研究迅速發(fā)展起來。在經歷了沿犁溝、田壟、農作物行的機械觸桿導航、預埋引導電纜的有線引導、地磁導航、無線電或激光導航、用慣性導航進行航程推算等多種導航方式的發(fā)展過程后，發(fā)達國家開始對農業(yè)機械的視覺導航進行研究，我國也從20世紀90年代開始此項研究。在農田、林地等復雜的自然場景中，圖像分割往往因光照、陰影等噪聲困擾而變得十分困難，無法取得較為滿意、穩(wěn)定的圖像分割效果。其中，由于果園環(huán)境具有非結構性的特點，環(huán)境復雜多樣，背景多元疊加，易受自然光照、溫度等影響，果樹大小、生長形態(tài)各異， 具有不確定性，比農田導航更具有挑戰(zhàn)性，這就對果園導航實時生成提出了較高的要求。農田中早期農作物(小麥、大豆等)植株相對矮小，整齊的按行種植，行與行之間基本平行。同時，農作物一般呈綠色，作物行在整體上呈現(xiàn)直線形狀或者小曲率曲線，作物行連續(xù)，檢測到的導航特征在短時間隔內不會發(fā)生突變。與此不同的是，果園中果樹植株高度不等，層次復雜，空間排列較為隨機，視覺系統(tǒng)難以檢測到明顯的連續(xù)不變的導航特征，因此無法直接采用現(xiàn)有農田視覺導航系統(tǒng)的相關算法。喬化型果樹植株高大，主干高度一般在70-80cm， 在視野中可以較明顯的區(qū)分主干與背景。根據(jù)以上特點，針對喬化型果園可采用突出主樹干區(qū)域方式，尋找其顏色特征，并結合圖像中天空、土壤、枝葉等其它背景的顏色特征，從而實現(xiàn)生成導航路徑的方法。果園內林間路徑一般較窄，約2-3米，農業(yè)機械或農業(yè)機器人一般沿路徑的中心線直線行走，因此，果園內林間導航線的提取實際為林間路徑中心線的提取。目前，國內外有些關于果園林間導航的研究報道，例如國內本領域技術人員研究了自然環(huán)境下多種林間圖像，采用霍夫變換(Hough Transform)的方法，提取林間導航線。 霍夫變換算法魯棒性好，穩(wěn)定可靠，但缺點是非常耗時，難以保證實時性要求。有研究人員提取果樹樹干與地面的結合點，利用最小二乘法提取導航線，此方法需要對采集的圖像進行圖像分割，進行開運算、閉運算以及根據(jù)面積特征進行去除噪聲操作，這些操作同樣非常耗時，影響了算法的實時性。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種提取速度快且實時性高的果園林間導航線提取方法。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種果園林間導航線提取方法，該方法包括步驟Si.采集目標果園林間圖像，并生成采集到的圖像的色差圖像；S2.獲得所述色差圖像在水平方向及垂直方向的像素灰度值的投影；S3.根據(jù)所述投影，獲得所述目標果園林間路的遠景中點及近景中點；S4.根據(jù)所述遠景中點及近景中點，得到導航線。優(yōu)選地，所述色差圖像為G-B色差圖像。優(yōu)選地，步驟Sl進一步包括Si. 1采集目標果園林間圖像；Si. 2將所述采集到的圖像在RGB顏色空間中G通道的像素值與B通道的像素值相減，得到所述G-B色差圖像。優(yōu)選地，在步驟S2中，在水平方向上，對所述色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到所述色差圖像像素灰度值的水平投影；在垂直方向上，對所述色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到所述色差圖像像素灰度值的垂直投影。優(yōu)選地，步驟S3進一步包括S3. 1獲得所述水平投影最大值對應的縱坐標；S3. 2在水平方向上，將所述垂直投影平均分為左、中、及右三個部分，分別獲得三部分的垂直投影的最小值；S3. 3以中間部分垂直投影的最小值對應的橫坐標作為橫坐標，將所述水平投影最大值對應的縱坐標作為縱坐標，得到遠景中點；S3. 4以左右兩部分垂直投影的最小值對應的橫坐標的中間值作為橫坐標，以采集到的圖像近端的水平邊緣對應的縱坐標為縱坐標，得到近景中點。優(yōu)選地，在步驟S4中，連接所述遠景中點和近景中點得到所述導航線。(三)有益效果本發(fā)明的果園林間導航線提取方法提取速度快，具有簡單、可靠、實時性好等優(yōu)點。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的果園林間導航線提取方法流程圖；圖2為依照本發(fā)明一種實施方式的果園林間導航線提取方法中水平投影曲線示意圖；圖3為依照本發(fā)明一種實施方式的果園林間導航線提取方法中垂直投影曲線示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的果園林間導航線提取方法，結合附圖及實施例詳細說明如下。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的果園林間導航線提取方法包括步驟Si.采集目標果園林間圖像，并生成采集到的圖像的色差圖像；S2.獲得該色差圖像在水平方向及垂直方向的像素灰度值的投影；S3.根據(jù)步驟S2獲得的投影，獲得目標果園林間路的遠景中點及近景中點；S4.根據(jù)遠景中點及近景中點，得到導航線。在本發(fā)明中，一般采集到的圖像均在RGB(紅、綠、藍)色彩空間中，采集到的圖像中的每個像素都對應一組RGB值。在步驟Sl中，色差圖像優(yōu)選為G-B色差圖像。步驟Sl 進一步包括Si. 1采集目標果園林間圖像；Si. 2將該采集到的圖像在RGB顏色空間中G通道的像素值與B通道的像素值相減，得到G-B色差圖像。G-B色差圖像為本發(fā)明方法中色差圖像的優(yōu)選方式，本發(fā)明不限于此。在步驟S2中，色差圖像在水平方向的像素灰度值的投影即在水平方向上，對色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到色差圖像像素灰度值的水平投影，如圖2所示。色差圖像在垂直方向的像素灰度值的投影即在垂直方向上，對色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到色差圖像像素灰度值的垂直投影，如圖3所示。在本發(fā)明中，步驟S3進一步包括S3. 1獲得水平投影最大值對應的縱坐標，如圖2中所示，在VYmax處水平投影取得最大值，其對應的縱坐標為238 ；S3. 2在水平方向上，將垂直投影平均分為左、中、及右三個部分，分別獲得三部分的垂直投影的最小值，如圖3中所示，左中右三部分的垂直投影的最小值分別為圖中的 VXmaxUVXmaxm,以及VMmaxr，對應的橫坐標分別為97、326、及567 ；S3. 3以中間部分垂直投影的最小值對應的橫坐標作為橫坐標，將水平投影最大值對應的縱坐標作為縱坐標，得到遠景中點，在本實施方式中遠景中點的坐標即為(326， 238)；S3. 4以左右兩部分垂直投影的最小值對應的橫坐標的中間值作為橫坐標，以采集到的圖像近端的水平邊緣對應的縱坐標為縱坐標，得到近景中點，設左右兩部分垂直投影的最小值對應的橫坐標分別為xl和xr，則中間值χ = xl+(xr-xl)/2，本實施方式中求得中間值χ = 97+(567-97)/2 = 332，圖像近端的水平邊緣對應的縱坐標為480，近景中點坐標即為(332,480)。在步驟S4中，連接遠景中點和近景中點，即得到導航線。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種果園林間導航線提取方法，其特征在于，該方法包括步驟·51.采集目標果園林間圖像，并生成采集到的圖像的色差圖像；·52.獲得所述色差圖像在水平方向及垂直方向的像素灰度值的投影；·53.根據(jù)所述投影，獲得所述目標果園林間路的遠景中點及近景中點；·54.根據(jù)所述遠景中點及近景中點，得到導航線。
2.如權利要求1所述的果園林間導航線提取方法，其特征在于，所述色差圖像為G-B色差圖像。
3.如權利要求2所述的果園林間導航線提取方法，其特征在于，步驟Sl進一步包括 Si. 1采集目標果園林間圖像；Si. 2將所述采集到的圖像在RGB顏色空間中G通道的像素值與B通道的像素值相減， 得到所述G-B色差圖像。
4.如權利要求1所述的果園林間導航線提取方法，其特征在于，在步驟S2中，在水平方向上，對所述色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到所述色差圖像像素灰度值的水平投影；在垂直方向上，對所述色差圖像每行像素的灰度值進行逐行累加，得到所述色差圖像像素灰度值的垂直投影。
5.如權利要求1所述的果園林間導航線提取方法，其特征在于，步驟S3進一步包括 S3. 1獲得所述水平投影最大值對應的縱坐標；S3. 2在水平方向上，將所述垂直投影平均分為左、中、及右三個部分，分別獲得三部分的垂直投影的最小值；S3. 3以中間部分垂直投影的最小值對應的橫坐標作為橫坐標，將所述水平投影最大值對應的縱坐標作為縱坐標，得到遠景中點；S3. 4以左右兩部分垂直投影的最小值對應的橫坐標的中間值作為橫坐標，以采集到的圖像近端的水平邊緣對應的縱坐標為縱坐標，得到近景中點。
6.如權利要求1所述的果園林間導航線提取方法，其特征在于，在步驟S4中，連接所述遠景中點和近景中點得到所述導航線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種果園林間導航線提取方法，涉及圖像處理技術領域。該方法包括步驟S1.采集目標果園林間圖像，并生成采集到的圖像的色差圖像；S2.獲得所述色差圖像在水平方向及垂直方向的像素灰度值的投影；S3.根據(jù)所述投影，獲得所述目標果園林間路的遠景中點及近景中點；S4.根據(jù)所述遠景中點及近景中點，得到導航線。本發(fā)明的方法提取速度快，具有簡單、可靠、實時性好等優(yōu)點。
文檔編號G06T7/00GK102194233SQ20111017790
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權日2011年6月28日
發(fā)明者任雯, 何蓓, 馮娟, 劉剛, 司永勝 申請人:中國農業(yè)大學