專利名稱：基于gps和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
精細(xì)農(nóng)業(yè)包括定位處方農(nóng)作和農(nóng)情信息自動(dòng)采集，其中定位處方農(nóng)作要求農(nóng)業(yè)機(jī)械可以按照預(yù)先規(guī)劃好的路徑在田間行走，準(zhǔn)確到達(dá)目的地并完成既定作業(yè)任務(wù)。精確導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自主行走的關(guān)鍵技術(shù)之一，其定位精度直接影響農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行路徑自動(dòng)跟蹤的質(zhì)量。因此，提高導(dǎo)航定位的精度，是改善農(nóng)業(yè)機(jī)械路徑跟蹤質(zhì)量的首要問題。全球定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System, GPS)導(dǎo)航是使用最普遍的導(dǎo)航技術(shù)，可以利用環(huán)繞地球的M顆衛(wèi)星向地面發(fā)射的無線電信號計(jì)算位置信息。GPS具有精度高、全天候工作、無限用戶等特點(diǎn)，可以提供精確的三維位置、三維速度等信息。利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法(Real-time Kinematic，RTK) GPS定位精度可以達(dá)到厘米級，完全滿足農(nóng)田作業(yè)的要求，但是其精度會(huì)受到視野中衛(wèi)星的幾何分布狀況(⑶0P)、星歷誤差、時(shí)鐘誤差、傳播誤差、多路徑誤差以及接收機(jī)噪聲等因素的影響，當(dāng)遇到樹木、房屋、高大建筑物時(shí)，可能接收不到足夠的衛(wèi)星信號，這時(shí)定位精度將會(huì)受到一定的影響。其次，GPS只能為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供絕對位置，對于農(nóng)機(jī)周圍的相對信息一無所知。機(jī)器視覺導(dǎo)航技術(shù)能根據(jù)攝像機(jī)對周圍環(huán)境實(shí)時(shí)探測的信號，規(guī)劃出所需路徑， 并能夠沿著該路徑在沒有人工干預(yù)的情況下，移動(dòng)到預(yù)定目標(biāo)處進(jìn)行作業(yè)。使用視覺導(dǎo)航技術(shù)，攝像機(jī)可以不知疲勞、始終如一的觀測農(nóng)田環(huán)境，駕駛員可以不用長時(shí)間注意路面信息，可有效的減輕駕駛員的操作強(qiáng)度。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的沈明霞在農(nóng)田景物的區(qū)域和邊緣的圖像信息提取方面做了大量深入的研究，提出了幾種新型算法。在農(nóng)田景物區(qū)域檢測方面，首先從農(nóng)作物的紋理頻譜角度出發(fā)，定義了幾何對稱性和方向度兩種紋理特征，通過判斷特征值來區(qū)分農(nóng)作物區(qū)域和非農(nóng)作物區(qū)域。該算法角度比較新穎，從紋理頻譜的角度去識別，有效地避免了空間域上噪聲的干擾。但是，由于紋理特征值的維數(shù)比較高，需要比較大的計(jì)算量，算法的實(shí)時(shí)處理性能比較差，不適合田間實(shí)時(shí)作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種定位精度高、計(jì)算簡單、且適合田間實(shí)時(shí)作業(yè)的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括GPS定位裝置，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，并發(fā)送至融合定位裝置；機(jī)器視覺定位裝置，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并發(fā)送至融合定位裝置；融合定位裝置，用于對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。其中，所述GPS定位裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位， 獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度；數(shù)據(jù)處理模塊，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)系下，將其保存、顯示并發(fā)送至所述融合定位裝置。其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)一步包括微控制器，用于將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的經(jīng)緯度信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)系下；通信單元，用于將所述微控制器處理后的定位信息傳送至融合定位裝置。其中，所述機(jī)器視覺定位裝置進(jìn)一步包括圖像采集模塊，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進(jìn)行處理，提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并發(fā)送至所述融合定位裝置。其中，所述融合定位裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)解析模塊，對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置傳送的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)及時(shí)間配準(zhǔn)；融合定位模塊，對數(shù)據(jù)解析模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。其中，所述GPS定位裝置為可進(jìn)行虛擬參考站VRS差分的RTKGPS接收機(jī)，采用異步串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。其中，所述圖像采集模塊為CCD攝像機(jī)。本發(fā)明還提供了一種基于上述系統(tǒng)的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法， 該方法包括步驟Si. GPS定位裝置對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，并將導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，發(fā)送至融合定位裝置；S2.機(jī)器視覺定位裝置采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路路徑，并將導(dǎo)航路徑中的特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)發(fā)送至融合定位裝置；S3.融合定位裝置對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終的定位信息。其中，步驟S3中，所述圖像處理包括圖像灰度變換、圖像分割、圖像去噪、提取導(dǎo)航路徑候選點(diǎn)、霍夫換提取導(dǎo)航路徑、以及計(jì)算特征點(diǎn)。其中，步驟S3中，所述濾波處理基于無跡卡爾曼濾波UKF算法。(三)有益效果本發(fā)明的具有以下優(yōu)點(diǎn)1、對作物行區(qū)域進(jìn)行細(xì)化，再提取特征點(diǎn)，減輕了特征點(diǎn)檢測的難度。2、傳統(tǒng)的導(dǎo)航線提取不能良好的適應(yīng)環(huán)境變化，本發(fā)明綜合考慮光線等因素的影響，選擇合適的圖像處理方法，從農(nóng)田作物的實(shí)際圖像出發(fā)，改進(jìn)現(xiàn)有的導(dǎo)航基準(zhǔn)線提取算法，提高了實(shí)時(shí)性和魯棒性。3、常用的攝像機(jī)標(biāo)定方法是基于2D平面模板的標(biāo)定方法，本發(fā)明簡化了標(biāo)定程序，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航基準(zhǔn)線相對實(shí)驗(yàn)車的位置坐標(biāo)從圖像坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。4、將GPS獲得的絕對位置和機(jī)器視覺獲得的相對位置進(jìn)行融合，提高了系統(tǒng)的定位精度和可靠性，對定位數(shù)據(jù)中的跳變有一定的改善作用。滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)的農(nóng)機(jī)作業(yè)要求。5、采用數(shù)據(jù)本地存儲，便于信息的分析處理。6、在VC++6. 0環(huán)境下，開發(fā)了組合導(dǎo)航定位軟件。用戶不僅能通過窗口界面對導(dǎo)航定位情況及時(shí)了解，而且可以十分方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存和數(shù)據(jù)查詢等操作。窗口程序友好，方便對系統(tǒng)控制，可滿足廣大用戶的需求。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的 GPS定位裝置的工作流程圖；圖3-1 3-2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的0EMV-3 GPS接收機(jī)和VRS數(shù)傳設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的機(jī)器視覺定位裝置的工作流程圖；圖5為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法的流程圖；圖6為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法中的二值圖像灰度投影圖；圖7為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法中的灰度投影圖像；圖8為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法中的閾值處理后的圖像；圖9為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的融合定位裝置的工作流程圖；圖10為GPS坐標(biāo)系示意圖；圖11為融合模型示意圖；圖12為航位推算原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下。農(nóng)田中作物收割與未收割的邊界有時(shí)并非直線，單獨(dú)使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航，在確定導(dǎo)航基準(zhǔn)線方面存在一定的誤差；機(jī)器視覺進(jìn)行此類作業(yè)，可以實(shí)時(shí)提取出當(dāng)前作物行的特征信息，提高了定位的精度，但是單獨(dú)使用機(jī)器視覺時(shí)，圖像處理過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏檢的情況，因此本發(fā)明將GPS和攝像機(jī)兩種傳感器結(jié)合起來進(jìn)行導(dǎo)航。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括GPS定位裝置，對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的絕對位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，并發(fā)送至融合定位裝置；機(jī)器視覺定位裝置，采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理， 提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)在導(dǎo)航車坐標(biāo)系中的相對位置坐標(biāo)，并發(fā)送至融合定位裝置；融合定位裝置，對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的定位信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。農(nóng)用RTK-GPS接收機(jī)在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)具備以下條件硬件資源可滿足農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求；系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，功耗低；可與其它產(chǎn)品交叉使用，靈活性好。根據(jù)以上對農(nóng)用RTK-GPS接收機(jī)功能的分析，本發(fā)明的GPS定位裝置優(yōu)選為可進(jìn)行虛擬參考站 (Virtual Reference Station, VRS)差分的RTK GPS接收機(jī)，其采用異步串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，該裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)采集模塊，配置串口，通過串口采集遵循NMEA-0183協(xié)議的GPS數(shù)據(jù)，包括 WGS-84坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度信息；數(shù)據(jù)處理模塊，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的經(jīng)緯度信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，將其保存并顯示在界面中。由于要用到GGA和VTG兩種語句格式中的信息，因此要對兩種語句分別進(jìn)行解析。GPS定位裝置的數(shù)據(jù)采集及解析的工作流程如圖2所示。
該數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)一步包括微控制器，用于將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的經(jīng)緯度信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)坐標(biāo)系下；通信單元，用于將所述微控制器處理后的定位信息保存、顯示并傳送至融合定位
直ο圖3為數(shù)據(jù)采集模塊(0EMV-3 GPS接收機(jī))和數(shù)據(jù)處理模塊(VRS數(shù)傳設(shè)備)的結(jié)構(gòu)圖。其中，OEM板優(yōu)選為加拿大Novatel公司0EMV-3型。它是一款雙頻雙星板，允許寬電壓輸入；定位信息最高輸出頻率可根據(jù)需要進(jìn)行開通；支持RTCM(Radic) Technical Commission for Maritime services)及CMR格式差分?jǐn)?shù)據(jù)的輸入與輸出，既可做基準(zhǔn)站又可做移動(dòng)站；支持多串口輸出及CAN總線功能。VRS數(shù)傳設(shè)備中的CDMA通信單元采用 Anydata公司生產(chǎn)的DTGS-800，其價(jià)格較低，應(yīng)用廣泛。微控制器選擇32位ARM7LPC2366作為主控制芯片，運(yùn)行頻率為72MHz。其片內(nèi)Flash程序存儲器為512KB，具有在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程功能，256字節(jié)編程時(shí)間為1ms，支持多達(dá)32個(gè)向量中斷，還提供多個(gè)串口功能、 以太網(wǎng)功能、USB功能。該數(shù)傳設(shè)備可以根據(jù)用戶不同需要，選擇RTK、RTD差分信息，RTK差分信息可選擇RTCM或CMR格式。內(nèi)置電池同樣保證設(shè)備長時(shí)間工作而不斷電。該GPS定位系統(tǒng)精度為1 2cm，可輸出的定位信息是標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183語句格式，采用GGA和VTG兩種格式輸出數(shù)據(jù)，GGA語句可以獲得導(dǎo)航車的位置，包括經(jīng)度和緯度； VTG語句可以獲得導(dǎo)航車的行駛速度和航向角度。機(jī)器視覺定位裝置進(jìn)一步包括圖像采集模塊，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進(jìn)行處理，包括圖像灰度變換、圖像分割(二值化)、圖像去噪(噪聲處理)、提取導(dǎo)航路徑候選點(diǎn)、霍夫(Hough)變換提取導(dǎo)航路徑、以及計(jì)算特征點(diǎn)。
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機(jī)器視覺定位裝置的圖像采集模塊為視覺傳感器，優(yōu)選為CCD攝像機(jī)，其輸出圖像為.bmp格式的彩色圖像，通過USB2. 0將采集的圖片存入緩沖區(qū)，在圖像處理時(shí)利用回調(diào)函數(shù)進(jìn)行采集和處理的協(xié)調(diào)，對采集的圖像進(jìn)行處理，得到導(dǎo)航基準(zhǔn)線中的特征點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，并保存數(shù)據(jù)，其工作流程如圖4所示。融合定位裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)解析模塊，對GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置傳送的定位信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)及時(shí)間配準(zhǔn)；融合定位模塊，對數(shù)據(jù)解析模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并輸出最終定位信肩、ο如圖5所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的上述基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組合導(dǎo)航定位方法包括步驟Si. GPS定位裝置對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，并將導(dǎo)航車的絕對位置坐標(biāo)、航向角度、 以及行駛速度，發(fā)送至融合定位裝置；S2.機(jī)器視覺定位裝置采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路徑，并將導(dǎo)航路徑中的特征點(diǎn)在導(dǎo)航車坐標(biāo)系中的相對位置坐標(biāo)，并發(fā)送至融合定位裝置；S3.融合定位裝置對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終的定位信息。步驟S2中的農(nóng)田圖像的采集是由安裝在導(dǎo)航車(農(nóng)業(yè)機(jī)械)上的CCD攝像機(jī)采集得到的，C⑶尺寸優(yōu)選為60mm X 60mm X 50mm ；像元大小為4. 65ymX4. 65 μ m ；有效像素為 1300X1024 ；幀頻在全圖模式下幀頻從8 MHz可調(diào)；電子快門最短曝光時(shí)間可為20 μ s ； 該攝像機(jī)通過USB2. 0接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。步驟S2中的圖像處理包括(一)圖像灰度變換、(二)圖像分割(二值化)、(三) 圖像去噪(噪聲處理)、(四)提取導(dǎo)航路徑候選點(diǎn)、(五)霍夫(Hough)變換提取導(dǎo)航路徑、以及(六)計(jì)算特征點(diǎn)。(一)圖像灰度變換彩色圖像在存儲時(shí)一般為三維，為了給圖像分割提供方便， 將其轉(zhuǎn)換為一維，即進(jìn)行灰度變換，本發(fā)明中的圖像灰度變換的方法及過程如下根據(jù)農(nóng)田中綠色作物與田壟在顏色上的區(qū)別，選擇2G-R-B對圖像進(jìn)行灰度變換。 自然界的各種顏色光都可分解成紅、綠、藍(lán)三種顏色光，所以將紅、綠、藍(lán)三種顏色稱為三基色，而以RGB三基色為坐標(biāo)形成的空間就稱為RGB彩色空間。在RGB模型中，根據(jù)三種顏色的不同比例，任意色光可表示為L = r[R] +g[G] +b[B]，其中r[R]、g[G]、b[B]為彩色光L的三基色分量。根據(jù)模式識別的基本理論，方差大的特征區(qū)分能力強(qiáng)，三種正交的彩色特征
權(quán)利要求
1.一種基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括GPS定位裝置，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，并發(fā)送至融合定位裝置；機(jī)器視覺定位裝置，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理， 提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并發(fā)送至融合定位裝置；融合定位裝置，用于對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述 GPS定位裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度；數(shù)據(jù)處理模塊，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)系下，將其保存、顯示并發(fā)送至所述融合定位裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)一步包括微控制器，用于將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的經(jīng)緯度信息經(jīng)過高斯投影變換轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)系下；通信單元，用于將所述微控制器處理后的定位信息傳送至融合定位裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器視覺定位裝置進(jìn)一步包括圖像采集模塊，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進(jìn)行處理，提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并發(fā)送至所述融合定位裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述融合定位裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)解析模塊，對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置傳送的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)及時(shí)間配準(zhǔn)；融合定位模塊，對數(shù)據(jù)解析模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。
6.如權(quán)利要求2所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述 GPS定位裝置為可進(jìn)行虛擬參考站VRS差分的RTK GPS接收機(jī)，采用異步串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
7.如權(quán)利要求4所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集模塊為CCD攝像機(jī)。
8.一種基于權(quán)利要求1-7所述的系統(tǒng)的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法，其特征在于，該方法包括步驟.51.GPS定位裝置對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，并將導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，發(fā)送至融合定位裝置；.52.機(jī)器視覺定位裝置采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路徑，并將導(dǎo)航路徑中的特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)發(fā)送至融合定位裝置；S3.融合定位裝置對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終的定位信息。
9.如權(quán)利要求8所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法，其特征在于，步驟 S3中，所述圖像處理包括圖像灰度變換、圖像分割、圖像去噪、提取導(dǎo)航路徑候選點(diǎn)、霍夫換提取導(dǎo)航路徑、以及計(jì)算特征點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求8-9任一項(xiàng)所述的基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位方法，其特征在于，步驟S3中，所述濾波處理基于無跡卡爾曼濾波UKF算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPS和機(jī)器視覺的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法，涉及導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括GPS定位裝置，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、航向角度、以及行駛速度，并發(fā)送至融合定位裝置；機(jī)器視覺定位裝置，用于采集導(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并發(fā)送至融合定位裝置；融合定位裝置，用于對來自所述GPS定位裝置以及機(jī)器視覺定位裝置的信息進(jìn)行空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)，并進(jìn)行濾波處理，得到最終定位信息。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)定位精度高、計(jì)算簡單、且適合田間實(shí)時(shí)作業(yè)。
文檔編號G01S19/39GK102252681SQ20111009689
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉兆祥, 劉剛, 吳瓊, 張漫, 籍穎, 陳艷, 馬文強(qiáng) 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)