模拟复杂地形的喷雾靶标激光检测与三维重构 - Ingenta Connect.PDF

第 32 卷 第 18 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.18 84 2016 年 9 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep. 2016 模拟复杂地形的喷雾靶标激光检测与三维重构 刘 慧，李 宁，沈 跃，徐 慧 （江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013 ） 摘 要： 喷雾靶标的检测是精密变量喷雾的重要环节，激光传感器以其精度高、速度快、不受光照干扰等特点被广泛应 用于精密变量喷雾研究中。为了消除激光传感器姿态角的偏移对喷雾靶标检测的影响，获取精确的喷雾靶标外形尺寸信 息以及三维重构图像，进行了室内模拟复杂地形激光检测矫正研究。该文基于 UTM-30LX 型激光传感器搭建了室内靶标 检测试验平台，模拟复杂路况设计了滚转角、俯仰角和偏航角等姿态角偏移检测试验，提出了采用极坐标值与三角函数 重新匹配、检测帧与检测点重新组合和深度值系数矫正等 3 种姿态角偏移矫正方法。首先对树形雕花板进行单一姿态角 偏移检测试验，选取适合的检测距离与行进速度，对每种姿态角的多个偏移角度进行多次重复试验，然后矫正所获取的 数据信息，对矫正后的目标尺寸进行误差分析并重构目标三维图像。再以仿真树为试验对象，验证在 3 种姿态角度同时 改变时矫正方法的有效性。试验结果显示树形雕花板高度、宽度、树冠高度等尺寸相对误差均小于 5%，仿真树相应参数 尺寸相对误差均小于 10%，满足变量喷雾检测的精度要求。 关键词：农业机械；喷雾；传感器；变量喷雾；激光扫描传感器；姿态角偏移矫正；三维重构；滑台系统 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.011 中图分类号：S491 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-18-0084-08 刘 慧，李 宁，沈 跃，徐 慧. 模拟复杂地形的喷雾靶标激光检测与三维重构[J]. 农业工程学报，2016，32(18)： 84－91. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.011 Liu Hui, Li Ning, Shen Yue, Xu Hui. Spray target laser scanning detection and three-dimensional reconstruction under simulated complex terrain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(18): 84－91. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.011 偏移对于喷雾靶标检测效果的影响，研究了在模拟复杂 0 引 言 地形条件下激光传感器精确检测喷雾靶标外形尺寸与目 变量喷雾源于精准农业的思想，是指通过获取作物 标三维重构方法。根据姿态角偏移情况的不同，当滚转 的病虫草害、形貌和密度等喷雾对象信息，以及喷雾机 角、俯仰角和偏航角出现时分别提出采用极坐标值与三 位置、速度和喷雾压力等机器状态信息，对喷雾对象按 角函数重新匹配、检测帧与检测点重新组合、深度值系 需施药[1-4] 。对喷雾靶标特征