一種車載式林木三維彩色成像對靶噴霧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種車載式林木=維彩色成像對祀噴霧方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車載式對祀噴霧是控制技術(shù)、噴霧技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)應(yīng)用中的集中表現(xiàn)，是近距離 林業(yè)遙感的典型應(yīng)用。車載式對祀噴霧機是廣泛用于果園、行道樹、觀賞林等樹木的農(nóng)藥噴 灑設(shè)備之一。一般采用超聲波、微波、光學(xué)成像、紅外、激光測距等傳感方式探測樹木等祀 標(biāo)，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)針對特定祀標(biāo)的農(nóng)藥噴霧施用，從而實現(xiàn)對祀噴霧，運種方式也稱為 精確噴霧。在達到相同的防治效果的情況下，對祀噴霧技術(shù)減少了農(nóng)藥的使用量、降低了環(huán) 境污染及人畜危害，近年來得到了廣泛的推廣。但是由于林木輪廓的多變性、林木間的雜亂 性，特別是城鎮(zhèn)行道樹，其道路兩邊的車輛、建筑等都影響了對祀噴霧系統(tǒng)對林木的識別， 因此現(xiàn)有的林木對祀噴霧技術(shù)大多采用粗略的祀標(biāo)識別方法來識別林木，W配合噴霧作業(yè) 相對粗放的特點。粗略的祀標(biāo)識別方法主要是通過簡單的特征進行了有無祀標(biāo)的識別，其 誤判率較高。因此，需要一種更精確的適合于林木對祀噴霧的祀標(biāo)識別系統(tǒng)，要求其成本 低、速度快、林木識別率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種林木識別率高、速度快、成本低的車載式林木=維彩色 成像對祀噴霧方法。
[0004] 本發(fā)明的車載式林木=維彩色成像對祀噴霧方法，車載平臺7上安裝有二維激光 雷達2、具有彩色CCD3的攝像頭、車速傳感器4、計算機5W及噴霧裝置6 ;車速傳感器4測 量車載平臺7在行駛方向8上的移動速度；該對祀噴霧方法包括下述步驟：
[0005] a、車載平臺7移動時，二維激光雷達2在掃描平面內(nèi)對車載平臺側(cè)部的待測物體 1上下掃描，獲取待測物體在掃描平面內(nèi)的二維位置數(shù)據(jù)Pi,，(Xi，yi)，并將二維位置數(shù)據(jù)傳 給計算機5 ;
[0006]b、計算機5根據(jù)車速傳感器4測量的速度信號得到車載平臺的移動位置數(shù)據(jù)，并 將移動位置數(shù)據(jù)和二維位置數(shù)據(jù)結(jié)合轉(zhuǎn)化為待測物體1的S維位置數(shù)據(jù)IV，(Xi，yi，Zi);
[0007] c、計算機5再將從彩色CCD3獲取的待測物體的彩色圖像信號Pxi,Yi化，Gi，Bi)， 與=維位置數(shù)據(jù)按幾何關(guān)系映射融合，形成待測物體1的=維彩色云點數(shù)據(jù) Pi_ j(Xi, Yi, Zi, Ri, Gi, Bi),
[0008] t再由計算機5對=維彩色云點數(shù)據(jù)分析，識別適合對祀噴霧作業(yè)的林木，控制 噴霧裝置進行對祀噴霧作業(yè)。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：在噴霧車輛的車載平臺上安裝彩色攝像頭及二維激光雷達， 該激光雷達的掃描面與車輛行駛方向相垂直，計算機同時通過車速傳感器測量車輛的行駛 速度，形成外界環(huán)境的=維坐標(biāo)（位置）數(shù)據(jù)，并與彩色攝像頭拍攝的彩色圖像信號按幾何 關(guān)系映射融合得到對外界環(huán)境的=維彩色數(shù)據(jù)，再由計算機從=維彩色數(shù)據(jù)中找出待噴霧 的林木祀標(biāo)，計算出相應(yīng)的噴霧量，最終控制噴霧，w達到對祀噴霧的目的。
[0010] 二維激光雷達可W測得物點的距離數(shù)據(jù)，彩色CCD測得物點的圖像坐標(biāo)及色彩數(shù) 據(jù)，運兩組數(shù)據(jù)具有對相同物點的不同描述，即激光雷達測得的距離信息與CCD色度信息 是同一物點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、色度數(shù)據(jù)在不同坐標(biāo)系下的描述。本發(fā)明將車輛移動速度、二維 坐標(biāo)數(shù)據(jù)、色度數(shù)據(jù)=者相結(jié)合，實現(xiàn)了對外界環(huán)境的=維彩色成像，適合對祀噴霧作業(yè)要 求。
[0011] 在此過程中，計算機讀取高速線掃描激光雷達獲得二維測距數(shù)據(jù)，結(jié)合車速信號， 形成=維激光雷達測距數(shù)據(jù)流；再結(jié)合讀取到的相應(yīng)時刻彩色攝像頭獲取的作業(yè)區(qū)圖像信 號，根據(jù)測量目標(biāo)激光云點與彩色CCD測量數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，使得激光雷達測得的距離、方 位等坐標(biāo)數(shù)據(jù)與彩色CCD獲得的圖像信息進行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)了滿足對祀噴霧作業(yè)要求的 =維彩色成像數(shù)據(jù)流。
[0012] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：該車載式林木=維彩色成像對祀噴霧方法，車載平 臺7上安裝有二維激光雷達2、具有彩色CCD3的攝像頭、車速傳感器4、計算機5W及噴霧 裝置6 ;車速傳感器4測量車載平臺7在行駛方向8上的移動速度；車載平臺7移動時，二 維激光雷達2在掃描平面內(nèi)對車載平臺側(cè)部的待測物體1上下掃描，獲取待測物體在掃描 平面內(nèi)的二維位置數(shù)據(jù)，并將二維位置數(shù)據(jù)傳給計算機5 ;計算機5根據(jù)車速傳感器4測量 的速度信號得到車載平臺的移動位置數(shù)據(jù)，并將移動位置數(shù)據(jù)和二維位置數(shù)據(jù)結(jié)合轉(zhuǎn)化為 待測物體1的=維位置數(shù)據(jù)；計算機5再將獲取的彩色CCD3的彩色圖像信號，與=維位置 數(shù)據(jù)按幾何關(guān)系映射融合，形成待測物體1的=維彩色云點數(shù)據(jù)，再由計算機5對=維彩色 云點數(shù)據(jù)分析，識別適合對祀噴霧作業(yè)的林木，控制噴霧裝置進行對祀噴霧作業(yè)。本車載式 林木=維彩色成像對祀噴霧方法對林木識別率高，自動化程度高，作業(yè)速度快、成本低。
[0013] 上述的對祀噴霧方法，二維激光雷達2的掃描平面與車載平臺的行駛方向垂直。
[0014] 上述的對祀噴霧方法，步驟d中，計算機5對S維彩色云點數(shù)據(jù)進行如下分析，識 別出對祀噴霧作業(yè)的林木的方法是：
[001引當(dāng)S維彩色云點數(shù)據(jù)Pi,i(Xi，yi，Zi，而，Gi，Bi)同時滿足下述S個條件：45 <Ri+G邱i< 720 ;
則待測物體1為對祀噴霧作 業(yè)的林木。由于樹木圖像的多變性，特別是樹木縫隙與樹陰暗處的明暗對比突出等特點，本 發(fā)明特采用明暗色彩提取采用加權(quán)算法，能較好的適應(yīng)過亮與過暗的圖像點，把太亮或太 暗的非樹木對象排除在噴霧范圍內(nèi)。Rmi。、Rm。、表示二維激光雷達到被測定點的最短距離、 最遠(yuǎn)距離，可由用戶設(shè)定。
保證了祀標(biāo)在適當(dāng)?shù)木嚯x范圍內(nèi)。
保證了從彩色背景中，提取綠色，或近似綠色的部分。
[0016] 上述的對祀噴霧方法，在步驟a后、步驟b前有步驟al:計算機5對待測物體在掃 描平面內(nèi)的二維位置數(shù)據(jù)Pi,j(Xi，yi)，進行篩選，如果Xmm<X1<Xm,x、Ymm<y1<Ym。,則保 留該二維位置數(shù)據(jù)Pi, , (Xi，yi)，否則則丟棄該二維位置數(shù)據(jù)Pi, , (Xi，yi)。Xmm、Xm?；⒋郎y物 體在二維激光雷達2的掃描平面內(nèi)的一個方向（如X軸方向）上的最近距離和最遠(yuǎn)距離， Ymi。、Ym。、是待測物體在二維激光雷達2的掃描平面內(nèi)的另一個方向（如y軸方向）上的最 近距離和最遠(yuǎn)距離。Xmi。、Xm。、、Ymi。、Ym。、是人為設(shè)定的，保證了祀標(biāo)在適當(dāng)?shù)木嚯x范圍內(nèi)。
[0017] 上述的對祀噴霧方法，步驟C的具體過程：計算機5獲取的待測物體的彩色圖像信 號Pxi,Yi巧1，Gi，日1)后，對該數(shù)據(jù)的RGBS原色分量按下述方法進行綠色色彩提取處理，處理 后的圖像信號Pxi,Yi化，Gi，Bi)只有Pxi,Yi(0, 0, 0)或Pxi,Yi(0, 255, 0)兩種：
[0018]
[0019] 然后計算機再把處理后的圖像信號Pxi,Yi巧1，Gi，Bi)與S維位置數(shù)據(jù)按幾何關(guān)系映 射融合，形成待測物體a)的S維彩色云點數(shù)據(jù)Pl,,(Xl，yl，Zl，Rl，Gl，Bl);
[0020] 步驟d的具體過程：計算機對立維彩色云點數(shù)據(jù)Pi,, (Xi，yi，Zi，而，Gi，Bi)按照下述 方法處理成祀標(biāo)云點Qi,i:
[0021]
[0022] 然后計算機讀取祀標(biāo)云點Qi,i按下述方法進行計算：
如果 S= 1則控制噴霧裝置進行噴霧作業(yè)，如果S= 0則控制噴霧裝置不進行噴霧作業(yè)；I，J分 別為噴霧區(qū)間的大小，M為數(shù)量闊值常數(shù)，范圍0~I*J。
[002引步驟C中，計算機同時獲取彩色CCD的彩色圖像數(shù)據(jù)Pxi,Yi(Ri，Gi，Bi)，對該數(shù)據(jù)的RGB=原色分量進行綠色色彩提取。由于樹木圖像的多變性，特別是樹木縫隙與樹陰暗處的 明暗對比突出等特點，明暗色彩提取采用加權(quán)算法，見公式（1)，能較好的適應(yīng)過亮與過暗 的圖像點。經(jīng)過該公式（1)處理后的圖像像點只有黑色化0,0)及綠色化255, 0)兩種， 即方便在屏幕上顯示，也方便于后續(xù)處理。
[0024] 步驟d中，對S維彩色云點數(shù)據(jù)Pl,,(Xl，yl，Zl，Rl，Gl，Bl)按照公式（2)處理成祀標(biāo) 云點Qi,j，即保證了祀標(biāo)在適當(dāng)?shù)木嚯x范圍內(nèi)，又確保了祀標(biāo)的綠色特性。
【附圖說明】
[00巧]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖中：1、待測物體2、二維激光雷達3、彩色CCD4、車速傳感器5、計算機6、噴 霧裝置7、車載平臺8、行駛方向
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0028] 圖1中，待測物體1是對祀噴霧的祀標(biāo)，其大小、位置、復(fù)雜程度等未知。車載平臺 7上安裝有高速線掃描二維激光雷達2、具有彩色CCD3的攝像頭、計算機5W及噴霧