一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備，整個設(shè)備包括采集設(shè)備防雨主體、圖像采集系統(tǒng)及導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)。該設(shè)備能解決以往基于機器視覺的農(nóng)田車輛導(dǎo)航研究采集農(nóng)田圖像不便、人工采集圖像處理效果和導(dǎo)航中車輛采集圖像處理效果存在偏差的情況，可在雨天、霧天等各種天氣進行農(nóng)田圖像采集。
【專利說明】一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于機器視覺導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 因農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航、輔助導(dǎo)航能有效降低農(nóng)民工作強度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減 少農(nóng)藥中毒、皮膚曬傷等農(nóng)業(yè)事故的發(fā)生并能促進精細農(nóng)業(yè)發(fā)展而得到廣泛研究。而基于 機器視覺的農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航、輔助導(dǎo)航方法因獲得信息量豐富、使用靈活、體積小、能耗 低而被廣泛采用。
[0003] 基于機器視覺的農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航、輔助導(dǎo)航研究過程需解決的關(guān)鍵問題之一就 是如何基于機器視覺有效提取作物行或作物已割未割邊緣形成的導(dǎo)航路徑，而要獲得導(dǎo)航 路徑必須先要采集真實度較高的農(nóng)田圖像。在提出的導(dǎo)航方法還未經(jīng)驗證的情況下，采用 將農(nóng)用車輛進行改裝后安裝攝像頭、位移傳感器、編碼器的方式來采集圖像，不僅成本過 高，改裝車輛的運送不便還會成為遠距離采集圖像時的難題；采用人工在田間行走拍攝的 方法來采集圖像，雖簡單方便，但因人的行進方式和車輛有很大差異，導(dǎo)致對人工采集圖像 進行研究獲得的導(dǎo)航路徑檢測方法移栽到車輛后獲得的導(dǎo)航檢測結(jié)果往往出現(xiàn)較大偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于針對基于機器視覺的農(nóng)用車輛田間導(dǎo)航研究中農(nóng)田圖像 采集不便、人工采集圖像處理效果和車輛采集圖像處理效果存在偏差、在未驗證導(dǎo)航算法 前提下改裝農(nóng)用車輛成本高、費時、費力的情況，提出一種低成本、易實現(xiàn)的農(nóng)田圖像采集 車，以獲得真實度較高的農(nóng)田圖像。
[0005] 本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備，其 特征在于，包括構(gòu)成采集設(shè)備防雨主體的車廂、防雨棚、固定主支撐桿、可拆卸短支撐桿、攝 像角度選擇桿、液晶顯示屏、聲光報警器、驅(qū)動輪、從動輪、上固定板、下固定板及構(gòu)成圖像 采集系統(tǒng)的筆記本電腦和攝像頭、導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)；
[0006] 車廂兩側(cè)開有通風口，兩個防雨棚分別安裝在車廂兩側(cè)，且位于通風口上方；攝像 頭、攝像角度選擇桿、多個可拆卸短支撐桿和固定主支撐桿依次串聯(lián)，且固定主支撐桿和聲 光報警器分別安裝在車廂頂部；液晶顯示屏安裝于車廂的車頭上部；兩個驅(qū)動輪安裝在車 廂的車頭下方，兩個從動輪安裝在車廂的車尾下方；上固定板安裝在車廂內(nèi)的上部，下固定 板安裝在車廂內(nèi)的下部，且上固定板位于通風口的上邊緣位置，下固定板位于通風口的下 邊緣位置；筆記本電腦固定安裝在下固定板上；筆記本電腦與攝像頭相連；
[0007] 導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)由嵌入式微控制器、電源模塊、無線通信模塊、磁導(dǎo)航傳感器、 兩個伺服驅(qū)動模塊組成；磁導(dǎo)航傳感器安裝在車廂的車頭下部；所述電源模塊為24V直流 電源；伺服驅(qū)動模塊包括依次相連的伺服驅(qū)動器、伺服電機、伺服減速器；無線通信模塊包 括通過無線電連接的無線通信接收模塊和無線通信發(fā)射模塊；伺服減速器與驅(qū)動輪相連； 24V直流電源、伺服驅(qū)動模塊均安裝在車廂內(nèi)，嵌入式微控制器、無線通信接收模塊安裝在 PCB板上，所述PCB板固定于上固定板下表面上；磁導(dǎo)航傳感器、聲光報警器、液晶顯示屏、 伺服驅(qū)動模塊、嵌入式微控制器、無線通信模塊分別與24V直流電源相連；無線通信接收模 塊、磁導(dǎo)航傳感器、液晶顯示屏、聲光報警器、兩個伺服驅(qū)動器分別與嵌入式微控制器相連。
[0008] 本實用新型的有益效果是：有效解決農(nóng)用車輛田間導(dǎo)航研究中農(nóng)田圖像采集不 便、人工采集圖像處理效果和車輛采集圖像處理效果存在偏差、在未驗證導(dǎo)航算法前提下 改裝農(nóng)用車輛成本高、費時、費力的問題，提高理論研究階段農(nóng)田圖像處理算法實現(xiàn)的有效 性、可靠性，縮短農(nóng)用車輛自主導(dǎo)航、輔助導(dǎo)航實現(xiàn)進程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為采集設(shè)備防雨主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖2為車輛主體側(cè)剖圖；
[0011] 圖3為圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖4為構(gòu)成導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)的電氣電子器件連接關(guān)系示意圖；
[0013] 圖中，車廂1、防雨棚2、固定主支撐桿3、可拆卸短支撐桿4、攝像角度選擇桿5、磁 導(dǎo)航傳感器6、液晶顯不屏7、聲光報警器8、驅(qū)動輪9、從動輪10、上固定板11、下固定板12、 筆記本電腦13、攝像頭14。

【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步說明。
[0015] 如圖1所示，一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備，包括車廂1、防雨棚2、固定主支撐桿3、 可拆卸短支撐桿4、攝像角度選擇桿5、液晶顯示屏7、聲光報警器8、驅(qū)動輪9、從動輪10、上 固定板11、下固定板12、筆記本電腦13、攝像頭14、導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)；
[0016] 車廂1主要起到通風、防雨、固定圖像采集、導(dǎo)航路徑檢測設(shè)備的作用；車廂1兩側(cè) 開有通風口，兩個防雨棚2分別安裝在車廂1兩側(cè)，且位于通風口上方，用于車輛主體兩側(cè) 所加通風口的防雨；攝像頭14、攝像角度選擇桿5、多個可拆卸短支撐桿4和固定主支撐桿 3依次串聯(lián)，且固定主支撐桿3安裝在車廂1頂部，固定支撐桿3頂端距地面140cm左右，每 段可拆卸短支撐桿4、及攝像角度選擇桿5的垂直高度為10cm，它們之間以及和固定主支撐 桿3之間均可以采用螺紋結(jié)構(gòu)連接；采集圖像時可依據(jù)實際情況加裝或拆除部分可拆卸短 支撐桿4,以控制支撐桿總高度達到圖像采集高度要求；攝像角度選擇桿5安裝好后，與水 平方向的夾角β從礦可調(diào)，以滿足不同攝像條件的需要。
[0017] 聲光報警器8安裝在車廂1頂部，用于提醒人們車輛運行過程中出現(xiàn)故障，如不能 檢測到路徑等；液晶顯示屏7安裝于車廂1的車頭上部，用于顯示車輛當前工作狀態(tài)；兩個 驅(qū)動輪9安裝在車廂1的車頭下，接受電機控制，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向、行進，兩個從動輪10安裝 在車廂1的車尾下方，配合驅(qū)動輪的動作。
[0018] 上固定板11安裝在車廂1內(nèi)的上部，下固定板12安裝在車廂1內(nèi)的下部，且上固 定板11位于通風口的上邊緣位置，下固定板12位于通風口的下邊緣位置；筆記本電腦13 固定安裝在下固定板12上；筆記本電腦13與攝像頭14相連；
[0019] 導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)由嵌入式微控制器、電源模塊、無線通信模塊、磁導(dǎo)航傳感器6、 兩個伺服驅(qū)動模塊組成；所述電源模塊為24V直流電源；磁導(dǎo)航傳感器6安裝在車廂1的車 頭下部，用于捕捉鋪設(shè)在地面上的磁帶信號；無線通信模塊包括無線通信發(fā)射模塊和無線 通信接收模塊，兩者通過無線電相連，用于實現(xiàn)遙控車輛起、停，速度設(shè)定等操作；24V直流 電源、伺服驅(qū)動模塊均安裝在車廂1內(nèi)，嵌入式微控制器、無線通信接收模塊安裝在PCB板 上，所述PCB板固定于上固定板11下表面上；
[0020] 如圖4所示，伺服驅(qū)動模塊包括依次相連的伺服驅(qū)動器、伺服電機、伺服減速器； 伺服減速器與驅(qū)動輪9相連；磁導(dǎo)航傳感器6、聲光報警器8、液晶顯示屏7、伺服驅(qū)動模塊、 嵌入式微控制器、無線通信模塊分別與24V直流電源相連；無線通信模塊、磁導(dǎo)航傳感器6、 液晶顯示屏7、聲光報警器8、兩個伺服驅(qū)動器分別與嵌入式微控制器相連。本實用新型田 間導(dǎo)航采集設(shè)備采用兩驅(qū)動輪差速驅(qū)動方式，嵌入式微控制器分別控制兩個伺服驅(qū)動器， 使得兩個驅(qū)動輪9可以有不同的速度，從而調(diào)節(jié)采集設(shè)備的運動方向。
[0021] 所述的無線通信模塊為現(xiàn)有技術(shù)，可以采用挪威NORDIC公司出品的低頻無線通 信模塊NRF905 (包括無線通信發(fā)射模塊和無線通信接收模塊）；嵌入式微控制器為現(xiàn)有技 術(shù)，可以采用飛思卡爾公司設(shè)計的Kinetis系列全新一代微處理器MK60DN512Z。磁導(dǎo)航傳 感器可以采用天津隆鑫科教儀器公司XGS19006型AGV磁導(dǎo)航傳感器；聲光報警器8可以 采用杭州天冠科技公司LTE-1181型號產(chǎn)品。
[0022] -種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備的工作過程如下：
[0023] A.在待采集圖像的農(nóng)田里依據(jù)事先規(guī)劃好的路徑鋪設(shè)磁帶，并去除周圍可能出現(xiàn) 的金屬、磁體等干擾；所述磁帶為AGV導(dǎo)航磁帶；
[0024] B.根據(jù)期望的圖像采集高度安裝可拆卸短支撐桿，依據(jù)選定的采集角度選擇安裝 攝像角度選擇桿；
[0025] C.打開農(nóng)田圖像采集車供電系統(tǒng)，并通過無線通信模塊設(shè)定車輛運行速度；
[0026] D.開啟由筆記本電腦和攝像頭組成的圖像采集系統(tǒng)，并啟動、運行圖像采集車；
[0027] E.通過嵌入式微控制器實時讀取磁傳感器檢測到的磁帶信號，根據(jù)磁帶信號確定 路徑位置信息，并以此為依據(jù)控制兩個驅(qū)動輪的速度；通過兩個驅(qū)動輪的差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控 制，導(dǎo)航車的位置矢量如式（1)所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種田間導(dǎo)航圖像采集設(shè)備，其特征在于，包括構(gòu)成采集設(shè)備防雨主體的車廂（1)、 防雨棚（2)、固定主支撐桿（3)、可拆卸短支撐桿（4)、攝像角度選擇桿（5)、液晶顯示屏（7)、 聲光報警器（8)、驅(qū)動輪（9)、從動輪（10)、上固定板（11)、下固定板（12)、導(dǎo)航路徑檢測系 統(tǒng)及構(gòu)成圖像采集系統(tǒng)的筆記本電腦（13)和攝像頭（14); 車廂（1)兩側(cè)開有通風口，兩個防雨棚（2 )分別安裝在車廂（1)兩側(cè)，且位于通風口上 方；攝像頭（14)、攝像角度選擇桿（5)、多個可拆卸短支撐桿（4)和固定主支撐桿（3)依次串 聯(lián)，且固定主支撐桿（3)和聲光報警器（8)分別安裝在車廂（1)頂部；液晶顯示屏（7)安裝 于車廂（1)的車頭上部；兩個驅(qū)動輪（9)安裝在車廂（1)的車頭下方，兩個從動輪（10)安 裝在車廂（1)的車尾下方；上固定板（11)安裝在車廂（1)內(nèi)的上部，下固定板（12)安裝在 車廂（1)內(nèi)的下部，且上固定板（11)位于通風口的上邊緣位置，下固定板（12)位于通風口 的下邊緣位置；筆記本電腦（13)固定安裝在下固定板（12)上；筆記本電腦（13)與攝像頭 (14)相連； 導(dǎo)航路徑檢測系統(tǒng)由嵌入式微控制器、電源模塊、無線通信模塊、磁導(dǎo)航傳感器（6)、兩 個伺服驅(qū)動模塊組成；磁導(dǎo)航傳感器（6)安裝在車廂（1)的車頭下部；所述電源模塊為24V 直流電源；伺服驅(qū)動模塊包括依次相連的伺服驅(qū)動器、伺服電機、伺服減速器；無線通信模 塊包括通過無線電連接的無線通信接收模塊和無線通信發(fā)射模塊；伺服減速器與驅(qū)動輪 (9)相連；24V直流電源、伺服驅(qū)動模塊均安裝在車廂（1)內(nèi)，嵌入式微控制器、無線通信接 收模塊安裝在PCB板上，所述PCB板固定于上固定板（11)下表面上；磁導(dǎo)航傳感器（6)、聲 光報警器（8)、液晶顯示屏（7)、伺服驅(qū)動模塊、嵌入式微控制器、無線通信模塊分別與24V 直流電源相連；無線通信接收模塊、磁導(dǎo)航傳感器（6)、液晶顯示屏（7)、聲光報警器（8)、兩 個伺服驅(qū)動器分別與嵌入式微控制器相連。
【文檔編號】G01C21/00GK204228168SQ201420710780
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】韓永華 申請人:浙江理工大學(xué)