面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法技术

本发明专利技术实施例涉及农业智能装备领域，提供一种面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法。该方法包括获取植物在多个视场下的主茎图像信息，基于多个主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息；其中，每一主茎图像信息包括位于对应视场内的植物主茎中心线最下端的跟踪目标参考点及位于植物主茎中间的跟踪起始参考点；获取植物多个视场下的主茎图像信息包括：以第

【技术实现步骤摘要】
面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法
本专利技术涉及农业智能装备
，尤其涉及一种面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法。
技术介绍
在果菜种植行业，整枝打叶、授粉、采摘以及喷药等劳动密集环节消耗整个生产周期人力投入的70％以上，人工管理成本不断上涨已高达总生产成本的35％以上。因此，需要研发代替或辅助人工作业的农业机器人以降低人工成本。农业机器人中，作业对象的视觉信息获取是支撑农业机器人作业的重要前提。当前农业机器人的视觉系统多采用固定安装方式，以固定姿态和视角进行视觉信息的获取，难以全面获取不同空间位置的目标。另外，传统方案中多采集大视场图像，而农作物行间空间狭窄、作业目标无序分布，大视场图像识别方式存在成像物距小、冗余干扰多的问题。再者，现有的视觉系统多采用无参考随机采集图像的方式，对目标的搜索效率低且搜索范围有限，影响农业机器人的作业效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，用以解决现有的视觉跟踪法搜索效率低且搜索范围有限，难以实现精确测量的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供一种面向农业机器人的植物形态视觉跟踪测量法，获取植物在多个视场下的主茎图像信息，基于多个所述主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息；其中，每一所述主茎图像信息包括位于对应视场内的植物主茎中心线最下端的跟踪目标参考点及位于植物主茎中间的跟踪起始参考点；所述获取植物多个视场下的主茎图像信息包括：以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点。优选地，所述基于多个所述主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息包括：基于多个所述主茎图像信息确定植物的立体信息，基于所述立体信息确定植物主茎立体形态信息。优选地，所述主茎图像信息通过多视角视觉系统获取，所述多视角视觉系统包括双目视觉摄像机及用于安装所述双目视觉摄像机的二自由度云台机构，对应的，所述基于多个所述主茎图像信息确定植物的立体信息包括：以初始视场下的双目视觉摄像机坐标系为标准坐标系，将多个视场内的所述主茎图像信息转换至标准坐标系内，基于多个视场下所述主茎图像信息中的参考点在标准坐标系中的坐标确定植物主茎的长度L及生长倾角ω。优选地，所述将多个视场内的所述主茎图像信息转换至标准坐标系内包括：将所述主茎图像信息中的参考点按照如下公式转换为标准坐标系下的坐标其中，为二自由度云台机构由初始姿态向姿态i的逆转化矩阵，T为云台坐标系OT-XTYTZT和视觉坐标系OC-XCYCZC之间的转化矩阵。优选地，所述基于多个视场下所述主茎图像信息中的参考点在标准坐标系中的坐标确定植物主茎的长度L及生长倾角ω具体包括：其中，a和b满足公式优选地，所述以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点具体包括：基于同一空间点在不同视场内的坐标值确定双目视觉摄像机转移视场的水平旋转角度α和垂直旋转角度β。优选地，所述双目视觉摄像机转移视场的水平旋转角度α和垂直旋转角度β基于如下公式确定，式中，(xT,yT,zT)为空间点P的云台坐标系坐标，(x'T,y'T,z'T)为空间点P在双目视觉摄像机转移后的预期坐标。本专利技术实施例提供的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，以植株主茎为引导，以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点，跟踪采集其不同区域的离散小视场图像，提高目标识别和定位效率，有助于实现对跟踪区域的主茎形态的准确测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例多视角视觉系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例视场调整的原理示意图；图4为本专利技术实施例植物主茎立体形态信息确定方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例植物主茎立体形态信息确定方法的另一流程示意图；图6为本专利技术实施例提供的电子设备的结构示意图。图中：1、双目视觉摄像机；2、垂直旋转机构；3、水平旋转机构。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术实施例中的具体含义。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1为本专利技术实施例提供的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：步骤110，获取植物在多个视场下的主茎图像信息，其中，每一主茎图像信息包括位于对应视场内的植物主茎中心线最下端的跟踪目标参考点及位于植物主茎中间的跟踪起始参考点；获取植物多个视场下的主茎图像信息包括：以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点。具体地，通过多视角视觉系统获取主茎图像信息。图2为本专利技术实施例多视角视觉系统的结构示意图，如2图所示，多视角视觉系统包括双目视觉摄像机1和二自由度云台机构，其中双目视觉摄像机1配置1/3″CCD和8mm焦距镜头，二自由度云台机构包括垂直旋转机构2和水平旋转机构3，水平旋转机构3的旋转方向与垂直旋转机构2的旋转方向垂直。具体地，垂直旋转机构2安装在水平旋转机构3的旋转平台上，借助垂直旋转机构2和水平旋转机构3的配合可以调整双目视觉摄像机1在空间的坐标位置。以植物目标番茄为例，设定单株番茄管理作业区域宽300mm、高900mm，且该区域番茄主茎呈倾斜姿态。双目视觉摄像机相距番茄植株900mm位置，可获得约宽450mm、高400mm视场区域图像。二自由度云台可进行垂直旋转和水平旋转，用以调整双目视觉摄像机的空间姿态，从不同视角采集番茄植株不同区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，其特征在于，获取植物在多个视场下的主茎图像信息，基于多个所述主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息；其中，每一所述主茎图像信息包括位于对应视场内的植物主茎中心线最下端的跟踪目标参考点及位于植物主茎中间的跟踪起始参考点；/n所述获取植物多个视场下的主茎图像信息包括：以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，其特征在于，获取植物在多个视场下的主茎图像信息，基于多个所述主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息；其中，每一所述主茎图像信息包括位于对应视场内的植物主茎中心线最下端的跟踪目标参考点及位于植物主茎中间的跟踪起始参考点；
所述获取植物多个视场下的主茎图像信息包括：以第i个视场内的跟踪起始参考点作为第i+1个视场内的跟踪目标参考点。


2.根据权利要求1所述的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，其特征在于，所述基于多个所述主茎图像信息确定植物主茎立体形态信息包括：
基于多个所述主茎图像信息确定植物的立体信息，基于所述立体信息确定植物主茎立体形态信息。


3.根据权利要求2所述的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，其特征在于，所述主茎图像信息通过多视角视觉系统获取，所述多视角视觉系统包括双目视觉摄像机及用于安装所述双目视觉摄像机的二自由度云台机构，对应的，所述基于多个所述主茎图像信息确定植物的立体信息包括：
以初始视场下的双目视觉摄像机坐标系为标准坐标系，将多个视场内的所述主茎图像信息转换至标准坐标系内，基于多个视场下所述主茎图像信息中的参考点在标准坐标系中的坐标确定植物主茎的长度L及生长倾角ω。


4.根据权利要求3所述的面向农业机器人作业的植物形态视觉跟踪测量方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯青春，王秀，赵学观，姜凯，李翠玲，张春凤，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11