一种激光跟瞄除草系统及其工作方法与流程

本发明具体涉及一种激光跟瞄除草系统及其工作方法，属于激光除草的。

背景技术：

1、激光除草技术将激光作用于植物表面以影响杂草或种子的发育及再生长，可根据适用场景的不同对激光参数进行调整，且能量输出稳定。相较于常用的农药除草技术以及机械除草技术，激光除草技术减少了农药残留且作业效率更高。

2、激光除草的实现可以简单的分为识别和除草两部分。相机获取待除草区域的环境信息后，利用图像处理模块完成杂草根茎的识别，根据识别结果调整激光器位置以实现除草。目前大多数激光除草机在根据识别坐标调整激光作用位置的过程中，需要依靠机械装置改变激光器位置，存在一定的调整延时性和移动误差，需要进一步提高灵活性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种激光跟瞄除草系统。

2、本发明还提供一种上述激光跟瞄除草系统的工作方法。

3、本发明的技术方案为：

4、一种激光跟瞄除草系统，包括固定在第一密闭封腔内的耦合镜和分别设置在第一密闭封腔不同侧面的相机、激光器、振镜系统；耦合镜可实现激光器发出激光波段的透射与相机探测光线波段的反射；

5、振镜系统包括设置在第二密闭封腔内的反射镜、x轴振镜和y轴振镜；第一密闭封腔与第二密闭封腔连通设置；

6、反射镜、x轴振镜均竖直设置，y轴振镜横向设置；其中，x轴振镜的两侧可沿着其竖直方向的几何中轴前后转动，y轴振镜的上、下侧可沿其横向的几何中轴上下转动；初始位置的反射镜与耦合镜平行，x轴振镜竖直方向的几何中轴与y轴振镜横向的几何中轴垂直；反射镜所在侧为第一密闭封腔与第二密闭封腔的连接侧，y轴振镜位于振镜系统的后端；x轴振镜、反射镜镜片光学中心的连线与y轴振镜、x轴振镜光学中心的连线垂直。

7、优选的，所述耦合镜所在平面与行进方向夹角为135°。

8、优选的，激光器发射的激光光斑与耦合镜的光学中心重合；相机探测面的光学中心与耦合镜的光学中心同轴。

9、优选的，激光器设置在第一密闭封腔的后侧；相机设置在第一密闭封腔的右侧；激光器与第一密闭封腔的连接处设置有防尘玻璃。

10、优选的，激光跟瞄除草系统还包括光源，光源设置在振镜系统的下侧，为环境信息的获取提供照明。

11、优选的，相机的镜头上设置有用于控制识别波段的滤光片。

12、一种激光跟瞄除草系统的工作方法，包括步骤如下：

13、1）环境信息的获取；

14、携带杂草环境信息的探测光线进入振镜系统，依次经过y轴振镜、x轴振镜、反射镜的反射，到达耦合镜，耦合镜实现探测光线波段的反射，探测光线进入相机中，完成对杂草环境的图像采集；经过图像处理，完成杂草与农作物的区分，识别杂草根茎位置；

15、2）振镜转动角度的确定；

16、杂草根茎坐标即为世界坐标系中的激光瞄准坐标，根据激光瞄准坐标确定振镜系统中x轴振镜和y轴振镜的转动机械角；

17、3）激光跟瞄的实现；

18、激光器发出激光光束，水平进入可透射激光波段的耦合镜，经振镜系统中的反射镜和x轴振镜反射后，水平方向传播的激光光束经y轴振镜反射，向下输出作用于杂草，完成该识别区域内的除草工作；

19、4）持续除草；

20、步骤1）-3）随着激光除草机的行进循环进行，实现持续除草；在此过程中，经过耦合镜前的携带杂草环境信息的探测光线与经过耦合镜后的激光光束同轴传输，振镜系统中x轴振镜与y轴振镜的机械角的改变将同时改变图像采集视野和激光作用位置。

21、本发明的有益效果为：

22、1.相机采集到的图像完成杂草识别后，计算得根茎位置在世界坐标系中的坐标，由于相机与激光器存在于同一个世界坐标系中，且携带环境信息的光线与激光光束共轴传输，所以无需结合激光器与相机的位置关系，激光待作用坐标即为识别所得杂草根茎坐标，减少激光除草过程中的计算步骤，实现除草效率的提高；

23、2.本发明激光跟瞄除草系统，将激光除草中的识别和除草过程联系起来，环境采集信息与激光光束经过耦合镜后进行同轴传输，通过改变振镜系统的转动机械角可实现图像采集视野及激光作用位置的同时改变，实现相机视野与激光作用坐标的快速匹配，提高除草的精度及灵活性。

技术特征：

1.一种激光跟瞄除草系统，其特征在于，包括固定在第一密闭封腔内的耦合镜和分别设置在第一密闭封腔不同侧面的相机、激光器、振镜系统；耦合镜可实现激光器发出激光波段的透射与相机探测光线波段的反射；振镜系统包括设置在第二密闭封腔内的反射镜、x轴振镜和y轴振镜；第一密闭封腔与第二密闭封腔连通设置；反射镜、x轴振镜均竖直设置，y轴振镜横向设置；其中，x轴振镜的两侧可沿着其竖直方向的几何中轴前后转动，y轴振镜的上、下侧可沿其横向的几何中轴上下转动；初始位置的反射镜与耦合镜平行，x轴振镜竖直方向的几何中轴与y轴振镜横向的几何中轴垂直；反射镜所在侧为第一密闭封腔与第二密闭封腔的连接侧，y轴振镜位于振镜系统的后端；x轴振镜、反射镜镜片光学中心的连线与y轴振镜、x轴振镜光学中心的连线垂直。

2.根据权利要求1所述的激光跟瞄除草系统，其特征在于，所述耦合镜所在平面与行进方向夹角为135°。

3.根据权利要求1所述的激光跟瞄除草系统，其特征在于，激光器发射的激光光斑与耦合镜的光学中心重合；相机探测面的光学中心与耦合镜的光学中心同轴。

4.根据权利要求1所述的激光跟瞄除草系统，其特征在于，激光器设置在第一密闭封腔的后侧；相机设置在第一密闭封腔的右侧；激光器与第一密闭封腔的连接处设置有防尘玻璃。

5.根据权利要求1所述的激光跟瞄除草系统，其特征在于，激光跟瞄除草系统还包括光源，光源设置在振镜系统的下侧，为环境信息的获取提供照明。

6.根据权利要求1所述的激光跟瞄除草系统，其特征在于，相机的镜头上设置有用于控制识别波段的滤光片。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述激光跟瞄除草系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种激光跟瞄除草系统及其工作方法。该系统包括固定在第一密闭封腔内的耦合镜和分别设置在第一密闭封腔不同侧面的相机、激光器、振镜系统；激光跟瞄除草系统还包括设置在振镜系统的下侧光源；本发明激光跟瞄除草系统，将激光除草中的识别和除草过程联系起来，环境采集信息与激光光束经过耦合镜后进行同轴传输，通过改变振镜系统的转动机械角可实现图像采集视野及激光作用位置的同时改变，实现相机视野与激光作用坐标的快速匹配，提高除草的精度及灵活性。

技术研发人员：王子豪,邓皓元
受保护的技术使用者：齐鲁中科光物理与工程技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13