[发明专利]基于神经网络的农业作业车辆姿态估计装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于神经网络的农业作业车辆姿态估计方法及装置，尤其涉及基于机器视觉识别作业道路的农业作业车辆的姿态测量装置。

背景技术

基于模式识别与自动控制的农业作业车辆的自动驾驶技术是一个新的工程研究与应用领域。应用机器视觉技术识别作业道路是一种重要的环境感知方法，常规的方法是通过适当的图像处理算法，在图像中检测出作业道路，然后依据摄像头坐标系统与地面坐标系统之间的几何关系，通过坐标的旋转和平移变换，计算出车辆上某目标点相对于作业道路的位置——姿态：侧向偏差(该点距作业道路的距离)和偏向角(车辆的纵向中心线与作业道路之间的夹角)。为此目的，人们需要对摄像头做精确的校正，获得摄像头的真实焦距、镜头的垂直度等内部参数和摄像头的俯视角、高度等外部参数。然而这项工作需要精确的测量工具和比较专业的手段(参考文献：钟志光，易建强，赵冬斌.一种基于点对的相机几何标定方法.机器人.2005.Vol.27，No.1：31-36)，涉及比较复杂的校正算法，这成为农业作业车辆自动导航驾驶的一个比较复杂的环节。

发明内容

本发明提供一种基于神经网络的农业作业车辆姿态估计装置，该装置能直接测量车辆的姿态数据，即侧向偏差和偏向角，并同步测量作业道路，运用神经网络的非线性映射能力建立图像与姿态之间的关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：农业作业车辆前部安装CCD摄像头，农业作业车辆的下方安装姿态测量机构，农业作业车辆的前方安装人造道路，农业作业车辆驾驶室内安装计算机与数据采集装置。

人造道路由木框架上铺白布构成，钉子钉在人造道路上并拴有绳子，人造道路下安装滚轮，其后端通过连接板与姿态测量机构的轴承座的转轴固定连接。

姿态测量机构结构如下：地脚螺钉固定基座于地面上，基座之上固定滑槽，在滑槽的一端安装支架并连接侧向偏差传感器的活动拉杆，卡位夹子固定在滑槽滑动条上，滑槽滑动条上安装直角座，直角座的外侧安装侧向偏差传感器，直角座的内侧安装一只开口朝向人造道路的U形架，U形架的上部侧面安装偏向角传感器，U形架的下部侧面安装轴承座，偏向角传感器的转轴与轴承座转轴之间通过连轴节连接。

数据采集装置由同步脉冲信号发生电路板、姿态数据采集电路板、多串口卡和图像采集卡组成；同步脉冲信号发生电路板置于农业作业车辆的驾驶室中，姿态数据采集电路板放置于农业作业车辆上，并靠近姿态测量机构；同步脉冲信号发生电路板由AT89S52、RS485芯片和电阻R4，电容C401、C402、C403、C404及接插件J4组成，AT89S52的27脚与RS485的4脚连接，AT89S52的28脚与RS485的3脚连接，RS485的2脚与3脚短接，RS485的6脚和7脚分别连接到同步脉冲信号双绞线的A、B线上；姿态数据采集电路板由主控电路、侧向偏差信号调理电路、偏向角信号调理电路组成，主控电路由AT89S52、MAX232、TLC2543、RS485芯片和电阻R501、电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509和接插件J5组成，AT89S52的12脚与RS485的1脚连接，AT89S52的28脚与RS485的2脚和3脚连接，AT89S52的1脚与TLC2543的15脚连接，AT89S52的2脚与TLC2543的16脚连接，AT89S52的3脚与TLC2543的17脚连接，AT89S52的4脚与TLC2543的18脚连接，AT89S52的5脚与TLC2543的19脚连接，AT89S52的5脚与TLC2543的19脚连接，AT89S52的10脚与MAX232的12脚连接，AT89S52的11脚与MAX232的11脚连接，侧向偏差信号调理电路由LM324芯片和电阻R502、R503、R504、R505、R506、R507、R508，电容C510、C511、C512、C513、C514组成，偏向角信号调理电路由LM324芯片和电阻R509、R510、R511、R512、R513、R514、R515，电容C515、C516、C517、C518、C519组成，侧向偏差信号调理电路中LM324的8脚与TLC2543的1脚连接，偏向角信号调理电路中LM324的8脚与TLC2543的2脚连接，侧向偏差传感器的信号通过信号线接入到侧向偏差信号调理电路，偏向角传感器的偏向角信号通过信号线接入偏向角信号调理电路，RS485的6脚和7脚分别连接到同步脉冲信号双绞线的A、B线上；同步脉冲信号双绞线还连接同步脉冲信号电平转换电路板的差分信号输入端，同步脉冲信号电平转换电路板的TTL电平输出端连接到图像采集卡，图像采集卡通过视频线连接CCD摄像头，图像采集卡和多串口卡分别插于计算机的PCI插槽中，多串口卡通过RS232串口线连接姿态数据采集电路板。