专利名称：一种温室环境下导航线提取方法
技术领域：
本发明属于农业机器人领域，涉及一种适应不同光照条件下温室内行走机器人导
航线快速提取技术。
背景技术：
导航技术是自主移动机器人的核心技术之一，移动机器人只有准确地知道自身的 位姿、行走路径信息，才能安全有效地进行自主运动。由于农业机器人工作环境的复杂变化 和不可预测性，大大增加了农业机器人的导航难度。作为目前较为成熟的农业机器人导航 技术之一的视觉导航技术，是指利用视觉系统识别出农业环境下路标信息作为行走路径， 根据农业机器人与行走路径的相对位置计算出控制量，通过转向执行机构调节其位置进而 跟踪期望路径的一系列过程。准确快速识别提取路标信息是农业机器人导航的关键技术。
路标信息包括自然路标和人工路标两种形式，目前农业机器人导航研究主要以自 然路标为主，通过对工作环境中自然特征的识别，实现导航。但是温室环境下植株行或垄等 自然路标特征复杂多变，基于视觉提取的导航信息可靠性差。因此研究温室内人工路标导 航方式，对于农业机器人的发展和实际应用具有重要意义。
发明内容
( — )要解决的技术问题 温室环境下视觉导航图象的获取过程中，往往受各种因素的干扰，特别是环境光 线(包括强度和颜色)的干扰，对导航图象的分割尤其是导航线提取算法制定带来了很大 的困难。本发明针对温室内人为导航路标，采用彩色摄像机采集导航路径信息，提出一种分 步去除干扰因素的导航线提取算法，来满足实时性和鲁棒性的要求。
( 二 )技术方案 为了解决上述技术问题，本发明设计了一种温室环境下导航线提取方法，其特征 在于，所述方法包括以下步骤 Sl :采集温室路面信息，作为原始彩色图像传送至计算机； S2 :对所述原始彩色图像进行灰度化处理，得到灰度图像； S3 :对所述灰度图像进行图像分割，去除温室内植物干扰，实现路面提取； S4:将图像分割后得到的二值图像作为蒙版覆盖到所述原始彩色图像上，得到蒙
版叠加后的图像； S5 :对所述蒙版叠加后的图像按照R、G、B分量进行归一化处理，提取导航线。
其中，所述步骤S2中所采用的灰度化公式为 gray image = 0. 30 X R+0. 59 X G+0. 11 X B 其中R、 G、 B分别为原始彩色图像RGB色彩通道灰度值。 其中，所述步骤S3中所采用的图像分割方法为矩不变自动阈值法。 其中，所述步骤S5中归一化RGB彩色空间的公式为
<formula>formula see original document page 4</formula> 其中r、 g、b分别为归一化后的彩色空间中的分量值。(三)有益效果 在上述技术方案中，归一化RGB彩色空间由RGB彩色空间经过简单的数学变换即 可得到，而RGB彩色空间可以从摄像机直接获取，不需要复杂转换，算法实时性良好。并且 本发明可适应温室内不同光照条件下导航线提取，效果稳定、可靠。
图1-a是本发明实施例中所采用的绿色黄瓜植株原始图像； 图1-b是本发明实施例中所采用的绿色黄瓜植株原始图像灰度化处理后的图像；
图1-c是本发明实施例中绿色黄瓜植株灰度图像经阈值分隔处理后的图像；
图l-d是本发明实施例中绿色黄瓜植株阈值分割后的图像作为蒙版覆盖到原始 图像上得到的图像； 图1-e是本发明实施例中导航线提取效果示意图；
图2是本发明实施例中提取导航线的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 温室环境下植株行或垄等自然路标的特征复杂多变，容易引起路标导航系统的失 效。为了提高导航系统的可靠性，本发明在温室道路上手工粘贴红色导航线，导航视觉系统 识别该导航线，进而计算出控制参数，实现稳定的导航跟踪任务。 本发明为实现视觉导航任务，配置了单目视觉采集系统，用于采集温室路面信息， 提取导航线。该视觉采集系统采用Sony公司生产的EVI-DIOOP彩色CCD云台摄像机，摄像 机采集模拟信号通过Osprey-200视频采集卡采集到计算机内。
本发明使用了一种分步去除干扰因素的导航线提取算法。
1)图像灰度化处理 对原始彩色图像(图1-a)进行灰度化处理，得到灰度图像(图1-b)。灰度化公式 为 grayimage = 0. 30 X R+0. 59 X G+0. 11 X B 其中R、 G、 B分别为原始彩色图像RGB色彩通道灰度值。
2)自动阈值法图像分割 本发明采用矩不变自动阈值法对1)得到灰度图像进行初步分割，去除植物体干 扰，实现路面提取，效果如图l-c所示。 3)把阈值分割后的二值图像作为蒙版覆盖到原始彩色图像上，如图l-d所示。彩色图像中对应于二值图像白色区域部分被覆盖(像素亮度值为255)，其余黑色部分保持原 像素值不变。经过这步操作之后，既去除了植物体对提取红色导航线的干扰，又保留了原始 图像中红色的导航线信息，便于后序操作的进行。
4)红色导航线提取 对R、G、B分量按公式(1)进行归一化处理，得到r，g，b作为特征参数来进行研究。
<formula>formula see original document page 5</formula>
色度分j
对于黄瓜绿色植株，g色度分量值大于r分量和b分量；水泥路面和红色导航线r t值分别大于g色度分量和b色度分量。然而，红色导航线r色度分量值与g色度 分量的差值(r-g)要远大于水泥路面r色度分量与g色度分量的差值(r-g)。设定r-g的 阈值大于0. 15即可很好地分割红色导航线和水泥路面。利用归一化RGB彩色空间下r、g、 b分量提取红色导航线的流程图，如图2所示。按图2所示流程进行分割，把红色导航线上 的像素显示为白色，其它像素设置为黑色背景色，所得到的效果如图l-e所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种温室环境下导航线提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤S1采集温室路面信息，作为原始彩色图像传送至计算机；S2对所述原始彩色图像进行灰度化处理，得到灰度图像；S3对所述灰度图像进行图像分割，去除温室内植物干扰，实现路面提取；S4将图像分割后得到的二值图像作为蒙版覆盖到所述原始彩色图像上，得到蒙版叠加后的图像；S5对所述蒙版叠加后的图像按照R、G、B分量进行归一化处理，提取导航线。
2. 如权利要求1所述的温室环境下导航线提取方法，其特征在于，所述步骤S2中所采用的灰度化公式为grayimage = 0. 30XR+0. 59XG+0. 11 XB其中R、 G、 B分别为原始彩色图像RGB色彩通道灰度值。
3. 如权利要求1所述的温室环境下导航线提取方法，其特征在于，所述步骤S3中所采 用的图像分割方法为矩不变自动阈值法。
4. 如权利要求1所述的温室环境下导航线提取方法，其特征在于，所述步骤S5中归一 化RGB彩色空间的公式为<formula>formula see original document page 2</formula>其中r、g、b分别为归一化后的彩色空间中的分量值。
全文摘要
本发明提供了一种温室环境下导航线提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤S1采集温室路面信息，作为原始彩色图像传送至计算机；S2对原始彩色图像进行灰度化处理，得到灰度图像；S3对灰度图像进行图像分割，去除温室内植物干扰，实现路面提取；S4将图像分割后得到的二值图像作为蒙版覆盖到原始彩色图像上，得到蒙版叠加后的图像；S5对蒙版叠加后的图像按照R、G、B分量进行归一化处理，提取导航线。本发明归一化RGB彩色空间由RGB彩色空间经过简单的数学变换即可得到，而RGB彩色空间可以从摄像机直接获取，不需要复杂转换，算法实时性良好。并且本发明可适应温室内不同光照条件下导航线提取，效果稳定、可靠。
文档编号G06T5/00GK101794391SQ20101012896
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者任永新, 冯青春, 张俊雄, 李伟, 袁挺 申请人:中国农业大学