CN107063230A - 一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统及方法，包括工控机；该工控机通过图像采集卡分别与可见光相机矩阵和红外相机相连；所述可见光相机矩阵由多个具有不同光衰减度的相机构成，每个相机能在所述工控机的控制下单独拍照；所述工控机还同时与照度传感器、红外光源和电源相连并控制其工作。工控机通过照度传感器感测的环境照度，选择性的开启可见光相机或红外相机，为拖拉机视觉导航系统采集到高质量的图像，提高视觉导航可靠性和稳定性。

Description

一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统及方法

技术领域

本发明涉及一种农业机械控制技术，尤其是一种适用于无人驾驶拖拉机的控制技术，具体的说是一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统及方法。

背景技术

在无人驾驶拖拉机的研制过程中，其视觉导航系统容易受到自然光照的影响，尤其是在晴天午后、阴天傍晚时间段。目前的解决方案有3种：（1）采用普通相机拍摄，加强后期图像处理算法研究，通过改进算法抑制光照的影响；（2）采用单一红外相机拍摄，克服弱光照影响；（3）采用单一普通相机加衰减滤光片，克服强光照影响。若拍摄的原始图像质量较差，方案1收效甚微。方案2和3只针对某一特定的光照条件起作用。但是农机作业环境恶劣，光照条件复杂多变，农田往返作业可能顺光逆光交替出现，方案2和3不具有通用性。

发明内容

本发明的目的是针对当前在无人驾驶拖拉机在视觉导航方面遇到的困难，提供一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统及方法，能够在复杂光照的农田自然条件下，根据环境光照的变化，自动调整图像采集方式，为拖拉机视觉导航系统采集到高质量的图像，提高视觉导航可靠性和稳定性。

本发明的技术方案是：

一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，包括工控机；该工控机通过图像采集卡分别与可见光相机矩阵和红外相机相连；所述可见光相机矩阵由多个具有不同光衰减度的相机构成，每个相机能在所述工控机的控制下单独拍照；所述工控机还同时与照度传感器、红外光源和电源相连并控制其工作。

进一步的，所述可见光相机矩阵包括按3x3排列的9个相机，并在其中的8个相机上安装不同衰减度的滤光片。

进一步的，所述滤光片的衰减度为10%~80%，变化率为10%。

进一步的，所述红外光源的波长能够在所述工控机的控制下而变化。

一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集的方法，包括以下步骤：

1）通过照度传感器感测工作环境的照度值，并传输给工控机；工控机判断照度值的大小，以便选取适当的相机。

2）如果步骤1)的照度值在农业环境视觉导航的正常范围（150Lux~10000Lux），工控机从可见光相机矩阵中选择无衰减滤光片的相机采集图像；

3）如果步骤1）的自然光照过强，即，照度值高于正常范围的上限10000Lux时，工控机从相机矩阵中选择具有衰减滤光片的相机采集图像；照度值越大，选取衰减比例越大的相机；

4）如果步骤1）的自然光照偏弱，即，照度值低于正常范围的下限150Lux时，工控机自动关闭可见光相机矩阵，同时开启红外光源，并通过红外相机采集图像；其中，工控机通过程序调整红外光源的波长，并对在多种不同波长下获得的图像进行对比，确定当前作业环境下红外光源最佳参数，并在此波长下采集红外图像。

进一步的，所述步骤1）中的采集频率为1Hz。

进一步的，所述步骤3）中按以下方法选取相机，设f为照度值：

当10000Lux≤f＜20000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为10%的2号相机采集图像；

当20000Lux≤f＜30000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为20%的3号相机采集图像；

当30000Lux≤f＜40000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为30%的4号相机采集图像；

当40000Lux≤f＜50000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为40%的5号相机采集图像；

当50000Lux≤f＜60000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为50%的6号相机采集图像；

当60000Lux≤f＜70000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为60%的7号相机采集图像；

当70000Lux≤f＜80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为70%的8号相机采集图像；

当f≥80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为80%的9号相机采集图像。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，应用方便，能够在复杂光照的农田自然条件下，根据照度传感器采集到的数据，自动调整图像采集方式，为拖拉机视觉导航系统采集到高质量的图像，提高视觉导航可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的图像采集系统的结构示意图。

图2是本发明的可见光相机矩阵的结构示意图。

图3是本发明的图像采集方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1和2所示，一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，包括工控机；该工控机通过图像采集卡分别与可见光相机矩阵和红外相机相连；所述可见光相机矩阵由多个具有不同光衰减度的相机构成，每个相机能在所述工控机的控制下单独拍照；所述工控机还同时与照度传感器、红外光源和电源相连并控制其工作。

所述可见光相机矩阵包括按3x3排列的9个相机，并在其中的8个相机上安装不同衰减度的滤光片。其中：1号相机无滤光片，2号相机的滤光片衰减10%，3号相机的滤光片衰减20%，4号相机的滤光片衰减30%，5号相机的滤光片衰减40%，6号相机的滤光片衰减50%，7号相机的滤光片衰减60%，8号相机的滤光片衰减70%，9号相机的滤光片衰减80%。

所述红外光源的波长能够在所述工控机的控制下而变化。

如图3所示，一种采用上述光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统进行图像采集的方法，包括以下步骤：

1）通过照度传感器感测工作环境的照度值，并传输给工控机；工控机判断照度值的大小，以便选取适当的相机。其中，照度传感器采集频率为1Hz。

2）如果步骤1)的照度值在农业环境视觉导航的正常范围（150Lux~10000Lux），工控机从可见光相机矩阵中选择无衰减滤光片的相机采集图像；

3）如果步骤1）的自然光照过强，即，照度值高于正常范围的上限10000Lux时，工控机从相机矩阵中选择具有衰减滤光片的相机采集图像；照度值越大，选取衰减比例越大的相机。具体如下，设f为照度值：

当10000Lux≤f＜20000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为10%的2号相机采集图像；

当20000Lux≤f＜30000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为20%的3号相机采集图像；

当30000Lux≤f＜40000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为30%的4号相机采集图像；

当40000Lux≤f＜50000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为40%的5号相机采集图像；

当50000Lux≤f＜60000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为50%的6号相机采集图像；

当60000Lux≤f＜70000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为60%的7号相机采集图像；

当70000Lux≤f＜80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为70%的8号相机采集图像；

当f≥80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为80%的9号相机采集图像。

4）如果步骤1）的自然光照偏弱，即，照度值低于正常范围的下限150Lux时，工控机自动关闭可见光相机矩阵，同时开启红外光源，并通过红外相机采集图像。其中，工控机通过程序调整红外光源的波长，并对在多种不同波长下获得的图像进行对比，确定当前作业环境下红外光源最佳参数，并在此波长下采集红外图像。所述红外光源可通过程序设置波长从800nm~1300nm增量式变化，每次递增50nm。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，其特征是包括工控机；该工控机通过图像采集卡分别与可见光相机矩阵和红外相机相连；所述可见光相机矩阵由多个具有不同光衰减度的相机构成，每个相机能在所述工控机的控制下单独拍照；所述工控机还同时与照度传感器、红外光源和电源相连并控制其工作。

2.根据权利要求1所述的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，其特征是所述可见光相机矩阵包括按3x3排列的9个相机，并在其中的8个相机上安装不同衰减度的滤光片。

3.根据权利要求1所述的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，其特征是所述滤光片的衰减度为10%~80%，变化率为10%。

4.根据权利要求1所述的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集系统，其特征是所述红外光源的波长能够在所述工控机的控制下而变化。

5.一种根据权利要求1的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集的方法，其特征是包括以下步骤：

1）通过照度传感器感测工作环境的照度值，并传输给工控机；工控机判断照度值的大小，以便选取适当的相机；

2）如果步骤1)的照度值在农业环境视觉导航的正常范围（150Lux~10000Lux），工控机从可见光相机矩阵中选择无衰减滤光片的相机采集图像；

3）如果步骤1）的自然光照过强，即，照度值高于正常范围的上限10000Lux时，工控机从相机矩阵中选择具有衰减滤光片的相机采集图像；照度值越大，选取衰减比例越大的相机；

4）如果步骤1）的自然光照偏弱，即，照度值低于正常范围的下限150Lux时，工控机自动关闭可见光相机矩阵，同时开启红外光源，并通过红外相机采集图像；其中，工控机通过程序调整红外光源的波长，并对在多种不同波长下获得的图像进行对比，确定当前作业环境下红外光源最佳参数，并在此波长下采集红外图像。

6.根据权利要求5所述的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集的方法，其特征是所述步骤1）中的采集频率为1Hz。

7.根据权利要求5所述的光照自适应的拖拉机视觉导航图像采集的方法，其特征是所述步骤3）中按以下方法选取相机，设f为照度值：

当10000Lux≤f＜20000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为10%的2号相机采集图像；

当20000Lux≤f＜30000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为20%的3号相机采集图像；

当30000Lux≤f＜40000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为30%的4号相机采集图像；

当40000Lux≤f＜50000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为40%的5号相机采集图像；

当50000Lux≤f＜60000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为50%的6号相机采集图像；

当60000Lux≤f＜70000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为60%的7号相机采集图像；

当70000Lux≤f＜80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为70%的8号相机采集图像；

当f≥80000Lux，启用可见光相机矩阵中衰减度为80%的9号相机采集图像。