本发明涉及一种导航方法，尤其涉及一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航的方法及系统。
背景技术：
随着科学技术的发展，农机装备由自动化向智能化、信息化升级，而农机导航技术作为智能农机装备的共性技术和关键技术，正越来越多地被国内外学者研究，也越来越多地应用在实际农业生产中。目前农机导航技术主要有卫星导航，视觉导航，以及其它传感导航，如超声、激光、惯导等。其中卫星导航是基于大地绝对坐标系，不适合要求农机末端执行机构与农作物保持相对位置的农业生产环节，如中耕、精准收获等。卫星导航成本较高，且对农机转向机构要求高，不适合于中小型农机。视觉导航和其它传感导航是基于作物相对坐标系，适合要求农机末端执行机构与农作物保持相对位置的农业生产环节。视觉导航相对其它传感导航，具有信息检测范围宽广、内容丰富和适应能力强等优点。但是，基于视觉或其它传感检测信息控制农机转向进行导航的方法，均存在导航精度低，可靠性低的缺点。
技术实现要素：
本本发明的目的是克服上述技术的不足，提供了一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航的方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航方法，包括以下步骤：
首先，利用农机前端的视觉系统采集农田中导航参照物的图像；
然后，图像处理系统采用导航线信息获取算法对采集到的图像进行图像处理，提取一条能近似拟合导航参照物的位置趋势的导航线；图像处理系统根据上述拟合的导航线，农机与导航线的相对位置，以及农机末端执行机构位置等信息，采用导航信息获取算法计算出农机末端执行机构横向中间位置点与导航线的横向偏距，该横向偏距的方向和大小即为导航信息；
最后，导航信息显示系统将上述导航信息可视化地呈现给农机驾驶员，驾驶员根据导航信息，操作农机转向调节，从而实现辅助驾驶导航。
进一步的是，导航信息显示硬件中的导航信息显示方式为单向箭头，箭头方向与横向偏距的方向一致，箭头长度与横向偏距的大小一致。
进一步的是，图像处理流程包括图像预处理、滤波去噪声、生成直线拟合特征点和特征点直线拟合。
进一步的是，导航参照物为农作物，作业人员驾驶农机作业时，需要实时调整转向，确保机具末端执行机构对齐作物行，或与作物行保持一定的偏距。不妨假设确保机具末端执行机构与作物保持偏距为d，且考虑到避免驾驶员频繁操作转向调节，需设定允许导航误差为d，检测导航信息为l，实际导航信息为ls。定义d、l、ls为正值时，表示作物行中心线(或视觉检测导航线)在视场纵向中线(即摄像机、机具和拖拉机等刚性连接体的纵向中心线)右侧，反之，表示作物行中心线(或视觉检测导航线)在视场纵向中心线左侧。则实际导航信息应为：
一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航系统，其特征在于，视觉系统主要由摄像头、镜头及可调节高度的安装支架组成，镜头通过螺纹连接在摄像头前端组成摄像机，摄像机通过安装支架上固定在农机的最前端；图像处理系统和导航信息显示系统被配置于pc一体机中。
本发明的有益效果是：1.本发明通过机器视觉检测导航偏差和驾驶员调节导航偏差，将机器与驾驶员的优势结合，使得整个系统性价比高，适用性强；
2.本发明以视觉检测机具末端执行机构横向中间位置点与导航线的横向偏距为导航目标，使驾驶员转向操作更具目标性；
3.本发明将视觉检测的导航偏差可视化地呈现给驾驶员，相比一般的视觉导航，省去了视觉标定和导航控制两部分，从而使系统更加简单、可靠和稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为视觉系统安装示意图；
图2为导航信息计算示意图；
图3为导航信息显示示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航方法，包括以下步骤：
首先，利用农机前端的视觉系统采集农田中导航参照物的图像；
然后，图像处理系统采用导航线信息获取算法对采集到的图像进行图像处理，图像经过图像预处理、滤波去噪声、生成直线拟合特征点和特征点直线拟合等步骤后，提取一条能近似拟合导航参照物的位置趋势的导航线；图像处理系统根据上述拟合的导航线，农机与导航线的相对位置，以及农机末端执行机构位置等信息，采用导航信息获取算法计算出农机末端执行机构横向中间位置点与导航线的横向偏距，该横向偏距的方向和大小即为导航信息；
最后，导航信息显示系统将上述导航信息可视化地呈现给农机驾驶员，驾驶员根据导航信息，操作农机转向调节，从而实现辅助驾驶导航。导航信息显示硬件中的导航信息显示方式为单向箭头，箭头方向与横向偏距的方向一致，箭头长度与横向偏距的大小一致。
导航参照物为农作物，作业人员驾驶农机作业时，需要实时调整转向，确保机具末端执行机构对齐作物行，或与作物行保持一定的偏距。不妨假设确保机具末端执行机构与作物保持偏距为d，且考虑到避免驾驶员频繁操作转向调节，需设定允许导航误差为d，检测导航信息为l，实际导航信息为ls。定义d、l、ls为正值时，表示作物行中心线(或视觉检测导航线)在视场纵向中线(即摄像机、机具和拖拉机等刚性连接体的纵向中心线)右侧，反之，表示作物行中心线(或视觉检测导航线)在视场纵向中心线左侧。则实际导航信息应为：
本实施例的有益效果是：
1.本发明通过机器视觉检测导航偏差和驾驶员调节导航偏差，将机器与驾驶员的优势结合，使得整个系统性价比高，适用性强；
2.本发明以视觉检测机具末端执行机构横向中间位置点与导航线的横向偏距为导航目标，使驾驶员转向操作更具目标性；
3.本发明将视觉检测的导航偏差可视化地呈现给驾驶员，相比一般的视觉导航，省去了视觉标定和导航控制两部分，从而使系统更加简单、可靠和稳定。
实施例二
如图1所示，一种基于机器视觉的农机辅助驾驶导航系统，该系统硬件包括镜头4、摄像头5、安装支架6和pc一体机10。拖拉机9前端通过三点悬挂8连接机具7，安装支架6固定安装在机具7前端。镜头4和摄像头5通过螺纹连接组成摄像机，摄像机固定安装在支架6上端。安装支架6的高度可调节，通过调节摄像机安装高度，确保摄像机视场11横向覆盖一垄上所有作物行，且两侧各覆盖半个以上行距，确保摄像机视场11纵向覆盖一行上至少4棵及以上作物2。
如图2所示为四种典型导航偏差情况，其中虚线矩形框为摄像机视场11，细实线为经过图像处理后直线拟合的导航线，中间虚线为摄像机、机具和拖拉机等刚性连接体的纵向中心线。图中b为摄像机视场11下边界与机具7的末端执行机构3纵向间距，l为导航线与摄像机视场11下边界交点与摄像机视场11下边界中点间距，a为视觉检测的导航偏角，l为检测导航信息。则图2所示四种情况下的导航信息分别为：
l＝-(l+btana)(2-a)
l＝l-btana(2-b)
l＝l+btana(2-c)
l＝-(l-btana)(2-d)
如图3所示，pc一体机上显示导航信息包括视觉检测导航线(细实线表示)，视场纵向中线(虚线表示)，以及导航信息(单向箭头表示，箭头起始端为圆圈，圆圈中心在视场纵向中线上)。箭头方向为指示驾驶员操作农机转向方向，箭头长度为实际导航信息大小，当显示为圆圈时，表示检测导航偏差l在允许导航偏差范围内[d-d,d+d]。农机驾驶员根据视觉检测导航线与视场纵向中线的相对位置，了解摄像机、机具和拖拉机等刚性连接体与作物行中心线的偏角情况，根据单向箭头了解机具末执行机构横向中间位置点与导航线的横向偏距情况，同时根据单向箭头方向和大小操作农机转向调节，直至单向箭头消失，即导航偏差控制在允许导航偏差范围内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置，以及用其他元件和部件来实现。