導航線提取方法技術

本發明專利技術提供了一種導航線提取方法，包括步驟：S1、采集作物圖像，使圖像中某一行作物位于圖像中間位置，并使得此行作物一定范圍位于圖像中；S2、根據所采集到的圖像求得圖像分割后的二值圖像；S3、根據所述二值圖像求得特征點圖像；S4、將部分特征點圖像進行最小二乘法擬合，得到初次擬合直線；S5、根據所述初次擬合直線，生成兩條平行直線，構成一條形區域，計算區域內的特征點數；S6、在一定范圍內調整條形區域，并計算調整后的條形區域內的特征點數，特征點數最多的條形區域所對應的直線為所求導航線。本發明專利技術提供的導航線提取方法，能夠較好地提高導航線的提取速度與可靠性，具有簡單、可靠、實時性好等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于圖像處理
，尤其涉及一種。
技術介紹
近年來，具有高度自動化的農業機械以及更智能化的農業機器人發展迅速，其導航部件由于作用關鍵、技術難度較大，一直是研究的熱點，導航部件按種類來分有GPS導航、慣性導航及機器視覺導航等方式，其中后者由于具有信號探測范圍廣、信息完整等優點，隨著電子技術的快速發展，取得了較廣泛的應用。運用機器視覺來進行自動化農業機械或農業機器人自主導航，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。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，使得農業機器人視覺導航技術的研究迅速發展起來。在農田復雜的自然場景中，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、穩定的圖像分割效果。農田中早期農作物，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直線形狀或者小曲率曲線，作物行連續，檢測到的導航特征在短時間隔內不會發生突變，人們常常提取圖像中的作物行作為導航線。國內外研究人員提出了多種作物行直線提取方法，最小二乘法和霍夫變換(HoughTransform)是檢測直線常用的兩種方法。最小二乘法雖然能夠快速提取直線，但是對圖像噪聲敏感，當圖像在雜草較多的情況下，不能準確地提取導航線，并且，在多行作物時候，難以直接應用最小二乘法進行直線擬合。Hough變換基于點一線的對偶性原理，雖然算法魯棒性較好，但是最大的缺點就是算法的時間復雜度較大，難以滿足實時性要求較高的農田作業環境。因此，尋求一種有效的直線檢測算法來獲得導航基準線，是實現視覺導航的關鍵。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本專利技術的目的是提供一種導航線快速提取方法，解決導航線提取實時性差及算法不穩定的問題。(二)技術方案為了解決上述問題，本專利技術提出了一種結合最小二乘法和計算特定區域內特征點數目的方法的。具體地，本專利技術提供了一種，包括步驟S1、采集作物圖像，使圖像中某一行作物位于圖像中間位置，并使得此行作物一定范圍位于圖像中；S2、根據所采集到的圖像求得圖像分割后的二值圖像；S3、根據所述二值圖像求得特征點圖像；S4、將部分特征點圖像進行最小二乘法擬合，得到初次擬合直線；S5、根據所述初次擬合直線，生成兩條平行直線，構成一條形區域，計算區域內的特征點數；S6、在一定范圍內調整條形區域，并計算調整后的條形區域內的特征點數，特征點數最多的條形區域所對應的直線為所求導航線。優選地，所述步驟SI中一定范圍為3米以上。優選地，所述步驟S2包括將所述采集到的圖像在水平方向平均分為左中右三部分，對左和右部分的像素值轉換為0，對于中間部分，進行如下轉換將所述中間部分圖像在RGB色彩空間中，將G通道像素值和R通道像素值相減，得到各個像素G-R色差值，如果某個像素G-R〈0，將其灰度值設為255，表示為白色，否則灰度值設為0，表示為黑色。優選地，所述步驟S3包括將二值圖像平均分為左中右三部分，在所述二值圖像中部范圍內，在水平方向上對圖像逐行掃描，當第一次掃描到灰度值為255的像素時，即認為其為某個白色線段的一個端點，繼續掃描，當遇到下一個灰度值為O的像素時，其前一個灰度值為255的像素即為該白色線段的另一個端點，根據兩個端點，求出線段長度，如果線段長度小于10個像素，將線段上所有像素值轉換為0，如果線段長度大于或等于10個像素，將該線段中間的像素保持為255灰度值不變，其余像素轉換為0，依此方式，將圖像中其余的白色線段進行相同的轉換，得到包含一系列特征點的特征點圖像。優選地，所述對圖像逐行掃描的方向為從左到右。優選地，所述步驟S4包括將所述特征點圖像在垂直方向上平均分為上下兩部分，將下半部分圖像中的特征點進行最小二乘法擬合，得到初次擬合直線。優選地，所述步驟S5包括以所述初次擬合直線的斜率為斜率，以初次擬合直線的截距減去一半的作物行寬度為截距，得到一條直線，以所述初次擬合直線的斜率為斜率，以初次擬合直線的截距加上一半的作物行寬度為截距，得到另外一條直線，所述兩條直線在圖像中形成了一個條形區域。優選地，所述步驟S6包括在斜率范圍為±0.1、截距范圍為±10的范圍內，調整構成條形區域的兩條直線，計算每次調整構成的條形區域內的特征點數。優選地，所述為玉米田間導航線快速提取方法。(三)有益效果本專利技術提供的，能夠較好地提高導航線的提取速度與可靠性，具有簡單、可靠、實時性好等優點。附圖說明下面參照附圖并結合實例來進一步描述本專利技術。其中圖1為根據本專利技術實施例的流程圖；圖2為根據本專利技術實施例的采集到的圖像示意圖；圖3為根據本專利技術實施例的圖像分割后生成的二值圖像的示意圖；圖4為根據本專利技術實施例的特征點圖像的示意圖；圖5為根據本專利技術實施例的初次擬合直線的示意圖；圖6為根據本專利技術實施例的條形區域導航線提取的示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。本專利技術的實施例選擇以玉米圖像為例，但本專利技術不限于玉米，還可以是其它各種作物。本實施例所提供的玉米田，主要是針對在自然條件下，實現對玉米田導航線的快速提取。圖1為根據本專利技術實施例的流程圖，該方法包括步驟S1、采集作物圖像，使圖像中某一行作物位于圖像中間位置，并保證此行作物一定范圍(例如3米以上)位于圖像中；如圖1所示，通過調整攝像頭的高度和角度，使圖像中某一行作物位于圖像中間位置，并且保證圖像中的玉米在實際田間達到3米以上。S2、根據所述采集到的圖像求得圖像分割后的二值圖像；圖3為本專利技術實施例由圖2中采集到的圖像進行圖像分割后生成的二值圖像，該步驟可以具體為將所述采集到的圖像在水平方向平均分為左中右三部分，對左和右部分的像素值轉換為0，對于中間部分，進行如下轉換一般采集到的圖像均處于RGB色彩空間，所述采集到的圖像中的每一個像素都對應一組RGB (紅、綠、藍)值，將所述中間部分圖像在RGB色彩空間中，將G通道像素值和R通道像素值相減，即利用G-R算子進行分割，得到各個像素G-R色差值，如果某個像素G-R〈0，將其灰度值為255 (白色)，否則灰度值為O (黑色)。S3、根據所述的二值圖像求得特征點圖像；圖3中所示的二值圖像，白色部分(灰度值為255)為玉米，黑色部分(灰度值為O)為背景，白色部分在每一行上表現為長度不等的線段，提取所有白色線段的中點為特征點，具體方法為將二值圖像平均分為左中右三部分，在所述二值圖像中部范圍內，在水平方向上對圖像逐行從左到右掃描，當第一次掃描到灰度值為255的像素時，即認為其為某個白色線段的一個端點，繼續向右掃描，當遇到下一個灰度值為O的像素時，其前一個灰度值為255的像素即為該白色線段的另一個端點，根據兩個端點，求出線段長度，如果線段長度小于10個像素，將線段上所有像素值轉換為O ;如果線段長度大于等于10個像素，將該線段中間的像素保持為255灰度值不變，其余像素轉換為O ;依次類推，將圖像中其余的白色線段進行相同的轉換，得到包含一系列特征點的特征點圖像，如圖4所示。S4、將部分特征點圖像進行最小二乘法擬合，得到初次擬合直線；該步驟具體可以包括將特征點圖像在垂直方向上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種導航線提取方法，其特征在于，包括步驟：S1、采集作物圖像，使圖像中某一行作物位于圖像中間位置，并使得此行作物一定范圍位于圖像中；S2、根據所采集到的圖像求得圖像分割后的二值圖像；S3、根據所述二值圖像求得特征點圖像；S4、將部分特征點圖像進行最小二乘法擬合，得到初次擬合直線；S5、根據所述初次擬合直線，生成兩條平行直線，構成一條形區域，計算區域內的特征點數；S6、在一定范圍內調整條形區域，并計算調整后的條形區域內的特征點數，特征點數最多的條形區域所對應的直線為所求導航線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉剛，張漫，司永勝，孟慶寬，高冠東，姜海勇，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：