智能除草机及其刀苗距优化方法、刀苗信息优化系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能锄草领域，更具体涉及一种智能除草机及其刀苗距优化方法、刀 苗信息优化系统。
【背景技术】
[0002] 农田草害频发，目前以化学除草为主的除草方式已带来杂草抗药性、食品安全和 生态环境污染等严重问题；而人工除草成本高、效率低。智能化、自动化机械锄草在摒弃化 学除草的同时可大幅提高工作效率，将成为发展可持续农业的重要技术手段。
[0003] 国内外都进行智能机械锄草技术的研宄，基本原理是实时定位作物的位置信息， 通过实时准确控制机械手运动完成"躲避作物苗锄掉杂草"的目的。实时定位作物苗位置信 息可通过机器视觉、地理种子地图获得，这种方法应用较为广泛且精度较高。应用机器视觉 对作物和杂草进行识别，视觉采集设备，例如PC机，采集视觉信息并处理得出当前作物苗 与锄草末端执行器的水平距离，即刀苗距。通过当前刀苗距和前进速度信息实时计算锄草 刀转速，控制锄草刀位于苗间位置时处于锄草状态，在苗位置时处于避苗状态。为实现机器 视觉准确定位作物苗信息，国内外研宄人员做了大量的视觉算法研宄，通过采用哈弗变换、 卡尔曼滤波、图像免分割分析、灰度值求和等方法都是获得了较为理想的图像处理效果。
[0004] 在实际试验过程中，刀苗距信息易受周围环境、光线、盲区等因素的影响，无法得 到连续的、精准的刀苗距。具体现象如下：1)由于机械振动和图像采集处理等原因，刀苗距 会在真实值上下波动，较大范围的波动会影响测量和控制精度；2)由于光线变化或阴影遮 挡等原因，导致当前作物突然从视觉视场中消失，那么当前作物与锄草刀的刀苗距信息将 丢失，给出下一棵作物与锄草刀的刀苗距信息，无法得到连续的刀苗距；3)由于存在视觉 盲区（由于图像采集需求和机械安装等原因，相机视场内看不到锄草刀中心点位置，相机 视场下边缘到锄草刀中心的距离为视觉盲区，如图1所示），当前作物一旦进入视觉盲区， 即离开相机视场范围，视觉系统将发送下一棵作物与锄草刀的刀苗距信息，而当前作物信 息丢失，造成无法得到精确的刀苗距。
[0005] 以上问题影响当前作物与锄草刀刀苗距信息的准确性，从而影响锄草刀转速的控 制精度，最终反映到锄草作业效果，增加伤苗率。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本发明要解决的技术问题是如何快速、精确的检测智能除草机的连续的刀苗距。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能除草机的刀苗距优化方法，所述 方法包括以下步骤：
[0010] S1、计算当前采集的视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差；所述视觉刀苗 距是由智能除草机的视觉采集设备采集到的作物苗与锄草刀之间的距离；
[0011] S2、获取当前采集视觉刀苗距与上一次采集视觉刀苗距之间的时间段内的锄草刀 前进的位移；
[0012] S3、根据所述视觉刀苗距的差以及所述锄草刀前进的位移确定锄草刀当前的可信 前进位移；
[0013] S4、根据锄草刀当前的所述可信前进位移以及上一次优化得到的锄草刀的优化刀 苗距得到锄草刀当前的所述优化到苗距。
[0014] 优选地，所述步骤S3中可信前进位移利用如下步骤计算：
[0015] S31、计算相对偏差
[0017] 其中，^为所述相对偏差，ALC为所述锄草刀前进的位移，ALS为所述当前采集的 视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差；
[0018] S32、计算锄草刀当前的所述可信前进位移
[0019]
[0020] 其中，AL为锄草刀当前的所述可信前进位移，a为预定偏差阀值。
[0021] 优选地，所述步骤S4中，锄草刀当前的所述优化到苗距利用如下公式计算：
[0022] L = Lr -AL
[0023] 其中，L为锄草刀当前的所述优化刀苗距，L'为上一次优化得到的锄草刀的优化 刀苗距，AL为锄草刀当前的所述可信前进位移。
[0024] 一种智能除草机的刀苗信息优化系统，所述刀苗信息优化系统包括视觉采集设 备、位移传感器以及优化单元；
[0025] 所述视觉采集设备用于采集锄草刀的视觉刀苗距，并传递给所述优化单元；
[0026] 所述位移传感器用于采集所述锄草刀前进的位移，并传递给所述优化单元；
[0027] 所述优化单元用于计算当前采集的视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差； 获取当前采集视觉刀苗距与上一次采集视觉刀苗距之间的时间段内的锄草刀前进的位移； 并根据所述视觉刀苗距的差以及所述锄草刀前进的位移确定锄草刀当前的可信前进位移； 根据锄草刀当前的所述可信前进位移以及上一次优化得到的锄草刀的优化刀苗距得到锄 草刀当前的所述优化到苗距。
[0028] 优选地，所述优化单元包括通信模块、优化计算单元以及测量位移单元；
[0029] 所述视觉采集设备通过所述通信模块将其采集的所述视觉刀苗距传递给所述优 化计算单元；
[0030] 所述测量位移单元与所述位移传感器连接，用于接收所述位移传感器上传的信 号，经过处理得到当前采集视觉刀苗距与上一次采集视觉刀苗距之间的时间段内的锄草刀 前进的位移并传递给所述优化计算单元；
[0031] 所述优化计算单元利用接收的所述视觉刀苗距计算当前采集的视觉刀苗距与上 一次采集的视觉刀苗距的差，计算所述视觉刀苗距的差与当前所述锄草刀前进的位移的相 对偏差，利用所述相对偏差确定锄草刀当前的可信前进位移，并利用锄草刀当前的所述可 信前进位移以及上一次优化得到的锄草刀的优化刀苗距得到锄草刀当前的所述优化到苗 距。
[0032] 优选地，所述相对偏差利用如下公式计算：
[0034] 其中，^为所述相对偏差，AL。为所述锄草刀前进的位移，ALS为所述当前采集的 视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差。
[0035] 优选地，所述可信前进位移利用如下公式计算：
[0036]
[0037] 其中，A L为所述可信前进位移，a为预定偏差阀值。
[0038] 优选地，锄草刀当前的所述优化到苗距利用如下公式计算：
[0039] L = Lr -AL
[0040] 其中，L为锄草刀当前的所述优化刀苗距，L'为上一次优化得到的锄草刀的优化 刀苗距，AL为锄草刀当前的所述可信前进位移。
[0041] 优选地，所述位移传感器包括编码器和测速轮。
[0042] 一种智能除草机，包括上述刀苗信息优化系统。
[0043] (三）有益效果
[0044] 本发明提供了一种智能除草机及其刀苗距优化方法、刀苗信息优化系统，本发明 通过引入由位移传感器测得的位移信息，配合视觉采集设备采集的视觉刀苗距，使刀苗距 的检测不单独依赖于机器视觉，而是由视觉信息和位移信息共同决定，从而减小视觉设备 受外界因素影响导致刀苗距信息出现的误差，并且消除了视觉盲区对刀苗距提取的影响， 同时本发明提供的优化方法简单，有效节约了处理时间，得到了更好的实时性。
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，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。