一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法与流程

本发明涉及喷雾系统的控制领域，具体涉及一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法，尤其涉及一种基于距离控制的喷洒控制方法。

背景技术：

在目前农业植物病虫害防治措施中，农药防治的应用最为普遍，尤其在大范围的病虫害防治中，采用化学农药防治的效果最为突出，因而化学农药防治在植保领域依然占据主体地位。喷雾作业是实施栽培农业的重要环节，有着重要的作用，给农作物以及花园喷洒杀菌剂、除草剂或化学肥料等。

公共场所人员密集且流动性大，为各种病源的散播提供了良好的媒介。尤其是学校、医院、卫生院、商场、客运站等人员流通大的场所，各种传染性病源更加集中。随着新型冠状病毒的爆发，人们开始对室内室外的消毒引起重视，也发现了给室内室外进行消毒对防止病毒传播的抑制显得尤其的重要；而且，对消毒的范围和程度也需要进行严格的把控。

目前，国内农民使用的喷雾器百分之九十以上都是中小型肩负式喷药机，劳作人员在使用喷雾器对农作物进行喷雾作业时，非常的辛苦。而且现在的人力成本越加昂贵，并且在进行喷洒工作时喷洒物有可能对人体造成一些伤害，因此研究此喷洒机构来代替人工进行作业会成为未来趋势。

技术实现要素：

针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法，包括安装在喷洒口的双目相机，采用双目摄像头对目标数据提取，利用双目标定技术建立系统，通过系统根据双摄像头拍摄的相片，识别出相应目标以及其喷洒点的三维坐标，得出机器与对象之间的三维距离，根据三维距离通过机构控制电压从而确定机器的喷洒距离和出水强度；具体的步骤如下所示：

步骤一：安装双目相机和系统，并将系统初始化，建立双目标定系统；

步骤二：对双目相机拍摄的图片进行采集，再采用匹配算法进行立体匹配；得到匹配点的三维信息；

步骤三：根据计算得到的三维信息，控制喷雾机器人中雾化器的喷洒距离和出水强度。

进一步的，所述双目相机的光轴方向与喷雾机中喷洒口的出水方向平行安装。

进一步的，步骤一所述的建立双目标定系统的主要步骤如下：

（1）通过反复实验获得出水口喷水距离与控制电压或电流或压力的关系，拟合为线性关系的表达示如下：

；

其中y为控制电压或电流或压力，x为喷水距离，k和b为线性参数；

（2）采集双目系统视野范围内的棋盘格图像，采用的图像大于等于3幅；

（3）使用标定软件，分别提取角点、计算左右摄像机的内、外参数；

（4）根据对应图像的内、外参数，计算摄像机坐标系的外参数；

（5）测量出水口与相机之间的三维距离为（x0,y0,z0），则摄像机坐标系与出水口坐标系由于平行安装，旋转矩阵为e，平移向量为t0。

进一步的，所述步骤4中两个摄像机标定出的双目系统的内参数为和；

两个摄像机标定出的双目系统的的外参数为r、t，其中r为两个摄相机坐标系间的旋转矩阵，t为两个摄相机间的平移向量，若两相机平行放置，则r=e=[1,0,0;0,1,0;0,0,1;]。

进一步的，所述采用匹配算法对采集的图像进行立体匹配的具体步骤如下：

s1.采用基于harris特征的匹配算法进行立体匹配：首先提取harris角点，在提取完特征后，对特征点进行描述，得到视差图像对中待匹配的特征点集；在参考图中选择特征点p(x,y)，作为待匹配特征点，以此为中心点，选择(2n+1)*(2m+1)的窗口，根据匹配规则在待匹配图中搜索n个候选匹配点p1(x+dx,y+dy)；计算特征点p与待匹配点p1间的相似度，相似度最高的点匹配成功，重复完成整幅图像特征点的匹配；

s2.匹配完成后，根据双目系统内、外参数，计算匹配点的三维坐标；

s3.通过平移向量t0，将图像坐标系的三维坐标转换至出水口坐标系。

进一步的，步骤三所述的根据三维信息控制喷雾机器人中雾化器的喷洒距离和出水强度的具体步骤如下：

①对喷雾机器人中的喷洒口采用4*4控制点阵；

②将采集的图片之间所重叠的区域，均匀划分为4*4区域，并将图形区域与控制点阵对应；

③计算各区域中相对于出水口坐标系的深度平均值，记为zi,i=1,2,…,16；

④水口喷水距离与控制电压或控制电流或压力的关系，将图像矩阵中的距离zi带入，获得每个喷水控制点的控制电压或控制电流yi；从而实现控制喷雾机器人中雾化器的喷洒距离和出水强度。

（三）有益效果

本发明提出的一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）本技术方案使得喷雾机在喷洒时，基于喷雾机与喷洒对象之间的距离，确定水炮喷洒距离和出水强度的一种方法；可以更好的实现喷雾机的无人工作；从而实现喷雾机器人代替人工进行喷雾作业，节约劳动力的同时，避免了工作人员与具有农药喷雾气体的直接接触，对劳作人员起到了保护作用；且喷雾机器人采用双炮桶式喷雾，大大提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明中的实施例1中整体方法的具体流程图。

图2是本发明中的实施例1中标定的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

实施例1：

如图1-2所示，一种用于喷雾机器人的喷雾控制方法，包括安装在喷洒口的双目相机，采用双目摄像头对目标数据提取，利用双目标定技术建立系统，通过系统根据双摄像头拍摄的相片，识别出相应目标以及其喷洒点的三维坐标，得出机器与对象之间的三维距离，根据三维距离通过机构控制电压从而确定机器的喷洒距离和出水强度；具体的步骤如下所示：

步骤一：安装双目相机和系统，在安装双目相机时，双目相机的光轴方向与喷雾机中喷洒口的出水方向平行；安装完双目相机和系统后，将系统初始化，建立双目标定系统；建立双目标定系统的具体步骤如下：

（1）通过反复实验获得出水口喷水距离与控制电压或电流或压力的关系，拟合为线性关系的表达示如下：

；

其中y为控制电压或电流或压力，x为喷水距离，k和b为线性参数；

（2）采集双目系统视野范围内的棋盘格图像，采用的图像大于等于3幅；

（3）使用标定软件，分别提取角点、计算左右摄像机的内、外参数；

（4）根据对应图像的内、外参数，计算摄像机坐标系的外参数；

两个摄像机标定出的双目系统的内参数为和；

两个摄像机标定出的双目系统的的外参数为r、t，其中r为两个摄相机坐标系间的旋转矩阵，t为两个摄相机间的平移向量，若两相机平行放置，则r=e=[1,0,0;0,1,0;0,0,1;]；

（5）测量出水口与相机之间的三维距离为（x0,y0,z0），则摄像机坐标系与出水口坐标系由于平行安装，旋转矩阵为e，平移向量为t0。

步骤二：对双目相机拍摄的图片进行采集，再采用匹配算法进行立体匹配；得到匹配点的三维信息；具体的方法如下：

s1.采用基于harris特征的匹配算法进行立体匹配：首先提取harris角点，在提取完特征后，对特征点进行描述，得到视差图像对中待匹配的特征点集；在参考图中选择特征点p(x,y)，作为待匹配特征点，以此为中心点，选择(2n+1)*(2m+1)的窗口，根据匹配规则在待匹配图中搜索n个候选匹配点p1(x+dx,y+dy)；计算特征点p与待匹配点p1间的相似度，相似度最高的点匹配成功，重复完成整幅图像特征点的匹配；

s2.匹配完成后，根据双目系统内、外参数，计算匹配点的三维坐标；

s3.通过平移向量t0，将图像坐标系的三维坐标转换至出水口坐标系。

步骤三：根据计算得到的三维信息，控制喷雾机器人中雾化器的喷洒距离和出水强度，具体步骤如下：

①对喷雾机器人中的喷洒口采用4*4控制点阵；

②将采集的图片之间所重叠的区域，均匀划分为4*4区域，并将图形区域与控制点阵对应；

③计算各区域中相对于出水口坐标系的深度平均值，记为zi,i=1,2,…,16；

④水口喷水距离与控制电压或控制电流或压力的关系，将图像矩阵中的距离zi带入，获得每个喷水控制点的控制电压或控制电流yi；从而实现控制喷雾机器人中雾化器的喷洒距离和出水强度。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。