专利名称：用于将收割机器的卸载设备导引到容器的方法
技术领域：
本发明涉及诸如联合收割机或者草料收割机的农业收割机器，其配备有卸载设备(例如，喷管)，所述卸载设备用于将收割的且处理过的农作物物料填充到与收割机并排行进的容器中。本发明涉及用于基于这种容器的图像数据控制该容器的填充的方法。
背景技术：
在上述类型的草料收割机中，在现有技术中已知的是基于照相机图像进行喷管的可枢转的端部部分(翼片)的位置和喷管位置的控制。EP2020174说明了一种配备有光电器件的收割机，所述光电器件构造成检测收割机和容器的特征参数和/或喷管的特征参数。光电器件可以是照相机系统，其能够获得容器填充区域的三维图像数据，以从这种数据得到特征参数。在这些参数中包括容器侧壁的空间位置和高度，以及已经沉积在容器中的农作物的填充高度。用于处理图像数据的方法包括识别图像中的图案和特征线。然而，这些方法需要相当复杂的图像识别算法并且会缺乏鲁棒性、准确性和速度。·
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理填充区域的图像数据的方法，所述方法允许更加有效地且简化地控制填充处理。本发明涉及如在所附权利要求书中公开的方法和收割机器。本发明的方法提供以下优点，即，所述优点为图像的分析是基于区域的有限部分，尤其是基于图像中所选的多个条带。这允许快速的且有效的分析。根据本发明的一个方面，提供一种用于将农业收割机器的可运动的卸载设备导引到与收割机器相邻的从动的容器的方法，所述容器如从收割机器观察包括近和远上边框，所述方法包括以下步骤在收割机器上使用用于捕获容器的至少一部分的图像的照相机，所述照相机产生包含关于在照相机与容器的所述部分之间的距离方面的数据的图像数据；处理所述图像数据，以由此得到关于在容器的所述部分与卸载设备之间的相对位置方面的数据；以及使用所述相对位置数据，用于使卸载设备相对于收割机器朝向相对于容器的预定位置自动地运动，所述方法的特征在于，所述处理图像数据的步骤包括-从所捕获的图像选择与卸载设备的左侧和/或右侧上的竖直条带有关的图像数据；-对于竖直条带或者每个竖直条带而言，过滤用于每个竖直位置的距离数据以产生用于所述竖直位置的单个已过滤的距离值；以及-对于条带或者每个条带而言，分析已过滤的距离值的序列，以由此得到容器的近和/或远上边框的竖直位置；并且其中，预定的相对位置是这样的位置，S卩，在所述位置中卸载设备将切割的农作物导引到在分别所述近上边框上方和/或所述远上边框下方的位置。对每个条带中的距离值的分析可以提供关于容器中的农作物高度和在边框上方不堆积农作物的情况下用于进一步填充的容器中的可用空间有关的数据。边框的位置、高度和/或边缘可以从距离数据得到，例如，从距离序列的一阶或二阶导数得到。有利地，图像处理也可以包括图像中的竖直条带的分析以从该分析得到容器的左或右拐角的存在或者左或右上边框的存在。这些数据可以用于限制或者恢复卸载设备相对于容器的运动。根据本发明的另一个方面，提供一种收割机器，其配备有卸载设备，所述卸载设备用于将农作物物料卸载到与收割机器并排运动的容器中，与收割机器连接地安装有3D照 相机，所述收割机器还包括控制装置，所述控制装置构造成根据本发明的第一方面的方法导引可运动的卸载设备。收割机器可以包括设有喷管的草料收割机或者设有用于粮箱的卸载管的联合收割机。
图I是配备有3D照相机的填充喷管的示意图，所述3D照相机在适用于本发明的方法的位置中相对于填充容器定位；图2示出容器的一部分的图像的示例，基于所述图像可以根据本发明执行分析；图3示出在本发明的方法中获得的和分析的距离曲线的示例；和图4示出适于在本发明的方法中使用的图像和距离曲线的另一个示例。
具体实施例方式现在将参照
优选的实施例。详细的说明不限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。图I是排出喷管I的示意图，所述排出喷管I的基部以技术领域中已知的方式安装在草料收割机(未示出)上，以用于围绕竖直轴线转动并且围绕水平轴线枢转。喷管支座设有诸如液压马达10的致动器，用于改变喷管的角位置；和诸如液压缸的另一个致动器(未示出)，用于改变喷管端部的高度。喷管还具有在其端部处的可枢转的翼片2，其设有诸如直线电力致动器11的第三致动器。这三个致动器被控制系统12控制，所述控制系统12构造成将处理过的农作物物料的流3导引到由手动控制器13或者由微处理器14管理的容器4中。容器4具有近侧壁5，其与草料收割机最接近并且具有上边框6 ;和相对的远侧壁7，其具有上边框8。农作物物料沉积到容器4中并且在其中形成堆9。在所示的翼片2下方位置中，在喷管上安装有3D照相机15并且优选地安装有光源16。照相机构造成产生作为像素阵列的图像19，并且构造成对于图像中的每个像素而言在图像中确定从照相机到物体之间的距离的值。这些距离可以基于飞行时间原理来确定。照相机的视场由边界线17和18表不o相对于容器4的照相机的位置使得在水平方向上照相机放置到容器的一侧(SP，照相机的水平位置A不位于容器的侧壁5和7的横向水平位置B和C之间)。在竖直方向上，照相机优选地放置成高于容器的侧壁5和7的上边框6和8。结果，照相机获取这样的图像，即，在所述图像中，至少近侧壁5的前表面并且也可能远侧壁7的前表面(S卩，面对收割机器的表面)是可见的，以及这些侧壁的近上边框6并且也可能这些侧壁的远上边框8是可见的，如图2中的示例所示。(近侧壁5的)近上边框6表示在图像的下部分中，而(远侧壁7的)远上边框8表示在图像的上部分中。在喷管输送农作物物料到容器中的同时取得图2中的图像。被喷出的农作物物料作为图像中的中心区域20可见。根据本发明的方法，分析图2中的图像19，以便检测至少近上边框6的位置，如果可见，也检测远上边框8的位置，可以也检测已经沉积在容器中的农作物物料的农作物高度和/或容器4的前和后边框的位置。根据容器行进在草料收割机的哪一侧，前和后边框可以在图像的左或右部分中出现。这些与位置有关的数据在控制算法中使用，所述控制算法构造成控制以下参数中的一个或者多个翼片角度、喷管角位置、喷管高度、容器位置、收割机位置。这些算法可以与使用如从图像得到的喷管、容器和/或容器中的农作物物料的相对位置数据的已知算法类似。本发明的特征在于分析图像的方式。尤其，代替分析整个图像，仅在图像中选择有限数量的条带，以便从所述条带得到需要的信息。在如图2中所示的图像中，选择第一竖直条带21和第二竖直条带22，所述条带分 别位于喷管的左侧和右侧，即，图像中的中心区域20的左侧和右侧。根据优选的实施例，在该中心区域20中选择第三竖直条带23。所选的条带中的每个都包括像素行的堆叠，每行都与图像上的竖直位置对应，每个像素都具有从图像中包含的数据得到的对应距离值(已知图像通过3D飞行时间照相机获取)。根据本发明，用于每个竖直位置的距离数据继而被过滤以产生用于竖直位置的单个已过滤的距离值。根据优选的实施例，已过滤的距离值等于用于条带中的每个竖直位置的平均距离值。而且，图像数据可以包含关于每个已产生的距离值的质量方面的数据，例如，用于图像中的每个位置的光强度，并且过滤则可以包括忽略具有低于预定值的质量的距离数据的步骤。结果，获得三条距离曲线，如图3A至3C中所示，所述三条距离曲线分别与条带21、23和22中的已过滤的距离对应。与左条带21和右条带22对应的曲线示出在示出近上边框6和远上边框8的区域中的距离值中的清晰的跳跃或者飞跃。与中心条带23对应的曲线示出仅在近上边框6的位置处的跳跃，已知远上边框隐藏在区域20中的喷出的农作物的后面。根据本发明，至少一个上边框6或8的竖直位置从一个或者两个跳跃的位置获得，并且喷管I和翼片2相对于收割机器的位置被控制成将收割的农作物导引到容器中，S卩，导引到在近上边框6上方和/或在远上边框8下方的位置。如果使用仅一个边框的跳跃，则控制算法可操作成在与该边框相距预定距离处将农作物流导引到容器内。如果检测到两个边框,则控制算法可操作成在这些边框之间例如在中间导引农作物。中心条带23的距离值，并且尤其是在容器边框的高度处的距离值，可以用于监测农作物流的位置并且调节相对于所检测到的一个或多个边框的所述农作物流的位置。根据优选的实施例，图3A至3C中的曲线的一阶和/或二阶导数用作用于确定边框6和8的竖直位置的基础。如参见图3D至3F，一阶导数示出在边框6和8的位置处的尖锐峰值。与图3A至3C中的距离曲线中的跳跃相比，这些峰值可以更容易被检测到。同样地，二阶导数示出类似的峰值，并且可以从而也用作用于确定边框6和8的位置的基础。导数将去除平均距离信息，并且将尖锐地指示在照相机范围内边框的位置和数量。当一阶和/或二阶导数高于预定的阈值时，可以认为发现了边缘。根据又一个实施例，除了确定上边框6和8中的一个或二者以外，该方法包括确定已经沉积在容器中的农作物高度的步骤。随着农作物高度升高，图像将在近上边框6和远上边框8之间包含具有与远侧壁7相交的线的农作物物料区域。在每个条带21和22中，农作物和远侧壁之间的交点限定所述条带中的农作物高度。从而，从如上所述的相同的条带21和22，到喷管的左侧和右侧，分析已过滤的距离值，并且确定与在近上边框6和远上边框8之间的区域中的最高已过滤的距离值对应的竖直位置。然后，该竖直位置是与农作物高度对应的位置。或者，具有一阶和/或二阶导数的最大值的、在近上边框和远上边框之间的位置被选择为与农作物高度对应的位置。然后，该方法还包括比较在喷管的两侧上建立起来的农作物高度和近侧壁5的竖直位置的步骤。当在喷管的左侧或右侧处的农作物高度中的一个相对于近上边框6达到预定高度时，喷管I运动到容器4的还没有被填充的区域，或者当在喷管的两侧上达到预定高度时，填充停止。 根据又一个实施例，在如图4A中所示的图像上选择水平条带(30或31)，所述水平 条带位于容器的近上边框6下方(30)或上方(31)。图4A中的图像示出容器的近上边框6和远上边框8，并且还示出其右拐角50和右上边框51。以与上述方式相同的方式，用于所述条带中的每个水平位置的距离数据被过滤，以便产生用于条带中的每个水平位置的单个已过滤的距离值。从这些已过滤的值得到容器的右拐角50和右上边框51的位置。图4B和4C中示出沿着水平方向的距离轮廓的示例。容器的右拐角和右上边框的位置通过检测已过滤的距离中的跳跃而得到，如在图4B和4C中可见。图4B和4C中的曲线的一阶和/或二阶导数也可以用于检测右拐角和上边框的水平位置。当喷管I和附装的照相机15被指向容器4的相对的左段时，将在图像中可见左拐角和左上边框，并且包括已过滤距离测量值的相同方法可以用于建立起这些边缘的水平位置。控制算法使用这些建立起来的位置以当农作物流太靠近拐角或者左或右侧框时停止或恢复喷管运动。
权利要求
1.用于将农业收割机器的能运动的卸载设备(I)导引到与所述收割机器相邻行驶的容器(4)的方法，当从所述收割机器观察时能看到，所述容器包括近和远上边框(6，8)，所述方法包括以下步骤 在所述收割机器上使用照相机(15)，用于捕获所述容器的至少一部分的图像(19)，所述照相机产生图像数据，所述图像数据包含关于在所述照相机与所述容器的所述部分之间的距离方面的数据； 处理所述图像数据，以由此得到关于在所述容器(4)的所述部分与所述卸载设备(I)之间的相对位置方面的数据；以及 使用所述相对位置数据，用于使所述卸载设备(I)相对于所述收割机器朝向相对于所述容器的预定位置自动地运动， 所述方法的特征在于， 处理所述图像数据的步骤包括 -从所捕获的图像选择与所述卸载设备(I)的左侧和/或右侧上的竖直条带(21/22)有关的图像数据； -对于所述竖直条带或者每个竖直条带而言，过滤用于每个竖直位置的距离数据以产生用于所述竖直位置的单个已过滤的距离值；以及 -对于所述条带或者每个条带而言，分析已过滤的距离值的序列，以由此得到所述容器的近和/或远上边框(6，8)的竖直位置；并且 其中，所述预定的相对位置是这样的位置，即，在所述位置中所述卸载设备将收割的农作物(3)导引到分别在所述近上边框(6)上方和/或所述远上边框(8)下方的位置。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，过滤所述距离数据的步骤包括 -对于所述竖直条带或者每个竖直条带(21，22)而言，计算用于每个竖直位置的平均距离值，并且将所述平均距离值赋值于所述已过滤的距离值。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述图像数据包含关于每个已产生的距离值的质量方面的数据，并且过滤所述距离数据的步骤包括 -忽略具有低于预定阈值的质量的距离数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，关于所述质量方面的数据包括用于所述条带或者多个条带(21，22)中的每个位置的光强度。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分析已过滤的距离值的序列的步骤包括 -计算所述已过滤的距离值的序列的一阶和/或二阶导数； -将所述导数与阈值相比较；以及 -将容器的边框(6，8)的竖直位置赋值于所述导数超过所述阈值的竖直位置。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，处理图像数据的步骤还包括 -从所捕获的图像选择与对准所述卸载设备(I)的又一个竖直条带(23 )有关的图像数据； -对于所述又一个竖直条带(23)而言，过滤用于每个竖直位置的距离数据以产生用于所述竖直位置的单个已过滤的距离值；以及-对于所述又一个竖直条带(23)而言，分析已过滤的距离值的序列，以由此得到所述容器(4)的近上边框(6)的竖直位置。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，处理图像数据的步骤包括 -对于所述卸载设备(I)的左侧和/或右侧上的所述或每个竖直条带(21，22)而言，分析已过滤的距离值的序列，以由此获得所述卸载设备的左侧和/或右侧上的任何农作物的高度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了获得任何农作物的高度而分析距离值的序列的步骤包括 -在所述近和远上边框(6，8)的竖直位置之间建立起具有最大的已过滤的距离值的竖直位置；以及 -将所述农作物高度赋值于所建立起来的竖直位置。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了获得任何农作物的高度而分析距离值的序列的步骤包括 -计算在所述近和远上边框(6，8)的竖直位置之间的已过滤的距离值的序列的导数； -将所述农作物高度赋值于具有计算出的最大导数的竖直位置。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述卸载设备(I)的相对于所述容器(4)的预定位置使用以下步骤建立起来 -对于所述卸载设备的左侧和右侧的所述竖直条带(21，22)中的每个而言，监测所述容器中任何农作物的所得到的高度； -比较所得到的农作物高度和所述容器的上边框(6，8)中的至少一个边框的竖直位置； -只要所得到的农作物高度是在所述至少一个边框的竖直位置以下的预定值，就维持当前的相对位置；以及 -如果所述竖直的农作物高度中的一个小于在所述边框的竖直位置以下的预定值，则使所述卸载设备的相对位置运动到在所述农作物高度与所述上边框的竖直位置之间具有较大距离的一侧。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，处理图像数据的步骤还包括 -从所捕获的图像选择与所述容器的近边框(6)下方的水平条带(30)有关的图像数据； -过滤用于每个水平位置的距离数据以产生用于所述水平位置的单个已过滤的距离值；以及 -从已过滤的距离值的序列得到在所捕获的图像中的所述容器的左或右拐角(50)的相对位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，处理图像数据的步骤还包括 -从所捕获的图像选择与所述容器的近边框上方的水平条带(31)有关的图像数据；-过滤用于每个水平位置的距离数据以产生用于所述水平位置的单个已过滤的距离值；以及 -从已过滤的距离值的序列得到在所捕获的图像中的所述容器的左或右上边框(51)的相对位置。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 -比较所述容器(4)的拐角(50)和/或边框(51)的得出的相对位置与所述卸载设备(I)的水平位置；以及 -当发现在预定阈值以下的水平位置差时，停止或者恢复所述卸载设备的运动。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述照相机是3D照相机，所述3D照相机具有像素的阵列并且对于每个像素而言使用飞行时间原理来确定到物体的距离。
15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述照相机在所述容器的上边框(6，8)以上的高度处安装在所述能运动的卸载设备上，以便使所述照相机能够取得所述容器的图像，所述图像包括定位在所述图像的下部分中的近上边框(6)和定位在所述图像的上部分中的远上边框(8)。
16.一种收割机器，其配备有卸载设备(1)，所述卸载设备用于将农作物物料(3)卸载到与所述收割机器并排运动的容器(4)中，与所述收割机器连接地安装有3D照相机(15)，所述收割机器还包括控制装置，所述控制装置构造成根据以上权利要求中任一项所述的方法导引所述能运动的卸载设备。
17.根据权利要求16所述的收割机器，其特征在于，所述收割机器包括草料收割机，并且所述卸载设备包括喷管(I)。
18.根据权利要求16所述的收割机器，其特征在于，所述收割机器包括联合收割机，并且所述卸载设备包括用于卸载粮箱的卸载管。
全文摘要
本发明涉及一种用于将农业收割机器的可运动的卸载设备(1)导引到与所述收割机器相邻行驶的容器(4)的方法，所述容器如从收割机器观察包括近和远上边框(6，8)。容器的图像通过3D照相机以像素的阵列的形式取得，其中照相机还对于每个像素而言在图像中产生在照相机与物体之间的距离值。通过选择图像中的多个竖直条带(21，22，23)、通过确定用于沿着这些条带的每个竖直位置的已过滤的距离值、并且通过从这些距离值确定近和远上边框(6，8)的位置来分析图像。基于这些数据，卸载设备(1)朝向相对于容器的预定位置运动，所述预定的相对位置是这样的位置，即，在所述位置中卸载设备将切割的农作物(3)导引到分别在所述近上边框(6)上方和/或所述远上边框(8)下方的位置。
文档编号A01D41/12GK102762090SQ201180010302
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月21日
发明者B·M·A·米索滕, D·O·M·费尔哈格, K·M·C·维亚纳, W·M·R·比特比尔 申请人:Cnh比利时股份有限公司