一种车载式林木三维彩色成像对靶喷雾方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种车载式林木=维彩色成像对祀喷雾方法。
【背景技术】
[0002] 车载式对祀喷雾是控制技术、喷雾技术在农业、林业应用中的集中表现，是近距离 林业遥感的典型应用。车载式对祀喷雾机是广泛用于果园、行道树、观赏林等树木的农药喷 洒设备之一。一般采用超声波、微波、光学成像、红外、激光测距等传感方式探测树木等祀 标，通过控制系统实现针对特定祀标的农药喷雾施用，从而实现对祀喷雾，运种方式也称为 精确喷雾。在达到相同的防治效果的情况下，对祀喷雾技术减少了农药的使用量、降低了环 境污染及人畜危害，近年来得到了广泛的推广。但是由于林木轮廓的多变性、林木间的杂乱 性，特别是城镇行道树，其道路两边的车辆、建筑等都影响了对祀喷雾系统对林木的识别， 因此现有的林木对祀喷雾技术大多采用粗略的祀标识别方法来识别林木，W配合喷雾作业 相对粗放的特点。粗略的祀标识别方法主要是通过简单的特征进行了有无祀标的识别，其 误判率较高。因此，需要一种更精确的适合于林木对祀喷雾的祀标识别系统，要求其成本 低、速度快、林木识别率高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种林木识别率高、速度快、成本低的车载式林木=维彩色 成像对祀喷雾方法。
[0004] 本发明的车载式林木=维彩色成像对祀喷雾方法，车载平台7上安装有二维激光 雷达2、具有彩色CCD3的摄像头、车速传感器4、计算机5W及喷雾装置6 ;车速传感器4测 量车载平台7在行驶方向8上的移动速度；该对祀喷雾方法包括下述步骤：
[0005] a、车载平台7移动时，二维激光雷达2在扫描平面内对车载平台侧部的待测物体 1上下扫描，获取待测物体在扫描平面内的二维位置数据Pi,，(Xi，yi)，并将二维位置数据传 给计算机5 ;
[0006]b、计算机5根据车速传感器4测量的速度信号得到车载平台的移动位置数据，并 将移动位置数据和二维位置数据结合转化为待测物体1的S维位置数据IV，(Xi，yi，Zi);
[0007] c、计算机5再将从彩色CCD3获取的待测物体的彩色图像信号Pxi,Yi化，Gi，Bi)， 与=维位置数据按几何关系映射融合，形成待测物体1的=维彩色云点数据 Pi_ j(Xi, Yi, Zi, Ri, Gi, Bi),
[0008] t再由计算机5对=维彩色云点数据分析，识别适合对祀喷雾作业的林木，控制 喷雾装置进行对祀喷雾作业。
[0009] 本发明的有益效果：在喷雾车辆的车载平台上安装彩色摄像头及二维激光雷达， 该激光雷达的扫描面与车辆行驶方向相垂直，计算机同时通过车速传感器测量车辆的行驶 速度，形成外界环境的=维坐标（位置）数据，并与彩色摄像头拍摄的彩色图像信号按几何 关系映射融合得到对外界环境的=维彩色数据，再由计算机从=维彩色数据中找出待喷雾 的林木祀标，计算出相应的喷雾量，最终控制喷雾，w达到对祀喷雾的目的。
[0010] 二维激光雷达可W测得物点的距离数据，彩色CCD测得物点的图像坐标及色彩数 据，运两组数据具有对相同物点的不同描述，即激光雷达测得的距离信息与CCD色度信息 是同一物点的坐标数据、色度数据在不同坐标系下的描述。本发明将车辆移动速度、二维 坐标数据、色度数据=者相结合，实现了对外界环境的=维彩色成像，适合对祀喷雾作业要 求。
[0011] 在此过程中，计算机读取高速线扫描激光雷达获得二维测距数据，结合车速信号， 形成=维激光雷达测距数据流；再结合读取到的相应时刻彩色摄像头获取的作业区图像信 号，根据测量目标激光云点与彩色CCD测量数据的映射关系，使得激光雷达测得的距离、方 位等坐标数据与彩色CCD获得的图像信息进行数据融合，实现了满足对祀喷雾作业要求的 =维彩色成像数据流。
[0012] 本发明的目的是运样实现的：该车载式林木=维彩色成像对祀喷雾方法，车载平 台7上安装有二维激光雷达2、具有彩色CCD3的摄像头、车速传感器4、计算机5W及喷雾 装置6 ;车速传感器4测量车载平台7在行驶方向8上的移动速度；车载平台7移动时，二 维激光雷达2在扫描平面内对车载平台侧部的待测物体1上下扫描，获取待测物体在扫描 平面内的二维位置数据，并将二维位置数据传给计算机5 ;计算机5根据车速传感器4测量 的速度信号得到车载平台的移动位置数据，并将移动位置数据和二维位置数据结合转化为 待测物体1的=维位置数据；计算机5再将获取的彩色CCD3的彩色图像信号，与=维位置 数据按几何关系映射融合，形成待测物体1的=维彩色云点数据，再由计算机5对=维彩色 云点数据分析，识别适合对祀喷雾作业的林木，控制喷雾装置进行对祀喷雾作业。本车载式 林木=维彩色成像对祀喷雾方法对林木识别率高，自动化程度高，作业速度快、成本低。
[0013] 上述的对祀喷雾方法，二维激光雷达2的扫描平面与车载平台的行驶方向垂直。
[0014] 上述的对祀喷雾方法，步骤d中，计算机5对S维彩色云点数据进行如下分析，识 别出对祀喷雾作业的林木的方法是：
[001引当S维彩色云点数据Pi,i(Xi，yi，Zi，而，Gi，Bi)同时满足下述S个条件：45 <Ri+G邱i< 720 ;
则待测物体1为对祀喷雾作 业的林木。由于树木图像的多变性，特别是树木缝隙与树阴暗处的明暗对比突出等特点，本 发明特采用明暗色彩提取采用加权算法，能较好的适应过亮与过暗的图像点，把太亮或太 暗的非树木对象排除在喷雾范围内。Rmi。、Rm。、表示二维激光雷达到被测定点的最短距离、 最远距离，可由用户设定。
保证了祀标在适当的距离范围内。
保证了从彩色背景中，提取绿色，或近似绿色的部分。
[0016] 上述的对祀喷雾方法，在步骤a后、步骤b前有步骤al:计算机5对待测物体在扫 描平面内的二维位置数据Pi,j(Xi，yi)，进行筛选，如果Xmm<X1<Xm,x、Ymm<y1<Ym。,则保 留该二维位置数据Pi, , (Xi，yi)，否则则丢弃该二维位置数据Pi, , (Xi，yi)。Xmm、Xm。虎待测物 体在二维激光雷达2的扫描平面内的一个方向（如X轴方向）上的最近距离和最远距离， Ymi。、Ym。、是待测物体在二维激光雷达2的扫描平面内的另一个方向（如y轴方向）上的最 近距离和最远距离。Xmi。、Xm。、、Ymi。、Ym。、是人为设定的，保证了祀标在适当的距离范围内。
[0017] 上述的对祀喷雾方法，步骤C的具体过程：计算机5获取的待测物体的彩色图像信 号Pxi,Yi巧1，Gi，日1)后，对该数据的RGBS原色分量按下述方法进行绿色色彩提取处理，处理 后的图像信号Pxi,Yi化，Gi，Bi)只有Pxi,Yi(0, 0, 0)或Pxi,Yi(0, 255, 0)两种：
[0018]
[0019] 然后计算机再把处理后的图像信号Pxi,Yi巧1，Gi，Bi)与S维位置数据按几何关系映 射融合，形成待测物体a)的S维彩色云点数据Pl,,(Xl，yl，Zl，Rl，Gl，Bl);
[0020] 步骤d的具体过程：计算机对立维彩色云点数据Pi,, (Xi，yi，Zi，而，Gi，Bi)按照下述 方法处理成祀标云点Qi,i:
[0021]
[0022] 然后计算机读取祀标云点Qi,i按下述方法进行计算：
如果 S= 1则控制喷雾装置进行喷雾作业，如果S= 0则控制喷雾装置不进行喷雾作业；I，J分 别为喷雾区间的大小，M为数量阔值常数，范围0~I*J。
[002引步骤C中，计算机同时获取彩色CCD的彩色图像数据Pxi,Yi(Ri，Gi，Bi)，对该数据的RGB=原色分量进行绿色色彩提取。由于树木图像的多变性，特别是树木缝隙与树阴暗处的 明暗对比突出等特点，明暗色彩提取采用加权算法，见公式（1)，能较好的适应过亮与过暗 的图像点。经过该公式（1)处理后的图像像点只有黑色化0,0)及绿色化255, 0)两种， 即方便在屏幕上显示，也方便于后续处理。
[0024] 步骤d中，对S维彩色云点数据Pl,,(Xl，yl，Zl，Rl，Gl，Bl)按照公式（2)处理成祀标 云点Qi,j，即保证了祀标在适当的距离范围内，又确保了祀标的绿色特性。
【附图说明】
[00巧]图1是本发明的总体结构图。
[0026] 图中：1、待测物体2、二维激光雷达3、彩色CCD4、车速传感器5、计算机6、喷 雾装置7、车载平台8、行驶方向
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0028] 图1中，待测物体1是对祀喷雾的祀标，其大小、位置、复杂程度等未知。车载平台 7上安装有高速线扫描二维激光雷达2、具有彩色CCD3的摄像头、计算机5W及喷雾