[发明专利]基于图像处理控制土壤工作装置的方法及相关系统

说明书

本发明涉及基于图像处理来控制土壤工作装置的方法(100)。这种土壤工作装置包括运动构件(201)和工作构件(202)。该方法包括以下步骤：通过安装在工作装置上的数字图像获取装置(203)获取(101)土壤的至少一个数字图像；通过电子处理单元(204)处理(102)至少一个数字图像，该至少一个数字图像是通过经训练的神经网络(300；400；500)对数字图像执行至少一个卷积运算而获取的；通过电子处理单元，基于这种处理，获取(103)至少一个合成土壤描述符；通过电子处理单元，基于合成土壤描述符，生成(104)运动构件或工作构件的至少一个控制信号。

技术领域

本发明总体上涉及土壤工作机器的控制领域，例如，割草机、收割机、犁等。特别地，本发明针对一种用于基于通过卷积神经网络的图像处理来控制土壤工作装置的方法。本发明还涉及一种包括实现上述方法的土壤工作装置的系统。

背景技术

当前在市场上可买到用于住宅使用的割草机或自动割草机，其被配置为可自主(即在没有操作员指导的情况下)操作。此外，在商业领域中，对适于自主或半自主操作的收割机的需求以及总体上对使人为干预最小化的农业土壤工作机器的需求正在增长。

迄今为止，已知各种系统和相关的控制方法，其允许控制割草机的移动以将其操作范围限制在相关的工作区域内并且将其引导到要切割的领域。

一些用于住宅的自动割草机沿着随机选择的轨迹移动。对于这种机器人割草机，采用连续的边界定界装置(例如外围电缆)来控制机器人本身不离开预定的工作区域。

市场上的其他自动割草机都配备了适合检测大量物体的传感器。这样的传感器在从地面到割草机的控制单元的一定高度处提供大量存在/不存在的条件。割草机处理单元将这种信息解释为草的存在/不存在。

在主要用于商业或农业用途的在大表面上运行的已知机器通常配备有车载GPS天线，并且可选地与安装在地面上的一个或多个GPS天线(差分GPS)可操作地关联。该机器配备有处理单元，该处理单元被配置为将当前机器坐标与限定工作区域的外围的预设坐标进行比较，并且因此能够将机器保持在指定区域中。相反，通过将机器的当前坐标与历史坐标进行比较，这样的处理单元可以设置机器移动轨迹，该移动轨迹不与已经行进的轨迹重叠。

在住宅、商业和农业领域中，通过使用无线通信领域的技术人员已知的射频装置或信标来检测机器人割草机或自动田间工作机的位置是众所周知。更多的射频信标放置在要工作的区域的关键点。配备有割草机或机器的处理单元可以基于与上述信标的距离的计算来确定其唯一的位置，并因此将割草机或机器的移动限制在存储的外围中并生成移动轨迹，该移动轨迹不要与已经行进过的轨迹重叠。

上述所有已知的解决方案都具有以下缺点：总是需要在机器人割草机或工作机之外使用基础设施，即外围导线、卫星天线或信标，以便在工作区域正确控制和限制此类机器。因此，这些是需要初始基础设施铺设步骤和这种结构的相关配置以及其维护的解决方案。因此，这种解决方案是复杂的，并且由于上述原因，其便携性有限。

迄今为止，通过图像处理进行的控制尚未找到具体的应用，因为所提出的方法不足以鲁棒地管理实际操作环境中存在的多个干扰。这些干扰包括：物体的阴影；割草机本身的阴影；反射光和折射；存在干蔬菜；花序；同样由于车辆的移动，相机曝光不足或曝光过度；天气现象引起的不同感知；由于割草机的行进方向而生成不同的感知；具有非标称高度的谷物；由于土壤不平坦或车辆倾斜而导致的透视变形；因风倾斜或摇曳的植物；被叶子部分覆盖的植物或草；与预期或感染不同的植物或草药；水灾区域或水坑；没有植物或草的区域；存在三维障碍；不完整的障碍物，例如高压塔；平坦的障碍；沿行进方向出现的人或动物。

还特别提到用于住宅的割草机，还应注意，在花园中也存在多种干扰，众所周知，该花园是动态环境，其随着季节的演替以及由于经常进行更新和维护而不断变化。

发明内容