一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，裝載該系統(tǒng)并在駕駛員對(duì)正收割線后，系統(tǒng)可以通過攝像頭（攝像機(jī)）自動(dòng)檢測谷物聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)，并進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃形成導(dǎo)航路徑信息，最后將導(dǎo)航路徑信息通過基于I2C總線的ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元傳遞給基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，將圖像處理技術(shù)及達(dá)芬奇技術(shù)（DSP技術(shù)）相結(jié)合，系統(tǒng)功耗低，設(shè)備小型化，安裝方便，提高了谷物聯(lián)合收割機(jī)的導(dǎo)航路徑識(shí)別速度及精度，具有較高的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及魯棒性，適合于推廣使用。
【專利說明】一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)車輛自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，具體說是一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]研究農(nóng)業(yè)車輛自動(dòng)導(dǎo)航的主要目的是使拖拉機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)和其它農(nóng)耕管理機(jī)具備自定位、自行走能力，實(shí)現(xiàn)無人駕駛。農(nóng)業(yè)車輛自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)不僅能使農(nóng)民從單調(diào)繁重的勞動(dòng)中解放出來，同時(shí)，也是精細(xì)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)。作為“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的一個(gè)重要分支，農(nóng)田作業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)正越來越受到關(guān)注。目前，我國的農(nóng)田作業(yè)方式還很落后，主要以手工勞動(dòng)為主。為了提高我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備水平，改變我國目前的農(nóng)田作業(yè)模式，借助先進(jìn)傳感技術(shù)、通訊技術(shù)，開展針對(duì)農(nóng)田作業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)的研究是十分必要的。
[0003]導(dǎo)航路徑識(shí)別是谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航輔助駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于農(nóng)田的復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境和多變的自然光線條件，要求其圖像處理算法及收割邊界的提取算法具有較高的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及魯棒性，同時(shí)還要求系統(tǒng)具有小型化、功耗低、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]目前，谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別主要采用計(jì)算機(jī)、圖像采集卡來完成，設(shè)備體積大，外接電源不好解決，尤其在谷物聯(lián)合收割機(jī)駕駛室空間及供電的限制下，局限性明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，將圖像處理技術(shù)及達(dá)芬奇技術(shù)(DSP技術(shù))相結(jié)合，系統(tǒng)功耗低，設(shè)備小型化，安裝方便，提高了谷物聯(lián)合收割機(jī)的導(dǎo)航路徑識(shí)別速度及精度，具有較高的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及魯棒性，適合于推廣使用。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0008]攝像頭I，安裝在谷物聯(lián)合收割機(jī)的頂部，實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景；
[0009]CPLD圖像采集單元2，其與攝像頭I連接實(shí)現(xiàn)原始圖像采集；
[0010]DSP內(nèi)核圖像處理單元3，其接收CPLD圖像采集單元2采集的原始圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，所述處理至少包括:彩色空間變換、圖像增強(qiáng)、圖像自適應(yīng)閾值分割；
[0011]DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元10，其接收經(jīng)DSP內(nèi)核圖像處理單元3處理后的圖像，根據(jù)圖像計(jì)算并得到導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)；
[0012]DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元5，其接收DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元10輸出的導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)，對(duì)直線參數(shù)信息進(jìn)一步規(guī)劃、整理形成導(dǎo)航路徑信息；
[0013]ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6，接收DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元5輸出的導(dǎo)航路徑信息，然后將導(dǎo)航路徑信息發(fā)送到ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元7，
[0014]所述ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元7完成導(dǎo)航路徑信息向基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)8的信息傳遞。
[0015]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別的過程中，通過鍵盤4向ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6發(fā)送指令，對(duì)視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別過程進(jìn)行設(shè)置，
[0016]ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6根據(jù)導(dǎo)航路徑信息形成相應(yīng)的路徑識(shí)別的圖像信息，將路徑識(shí)別的圖像信息發(fā)送到顯示輸出單元9，實(shí)現(xiàn)采集視頻及識(shí)別路徑的顯示輸出。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)以DM6446處理器為核心單元構(gòu)成核心電路，
[0018]DM6446處理器包含有DSP核和ARM核，
[0019]攝像頭I實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景后，由CPLD圖像采集單元2完成原始圖像采集，原始圖像的數(shù)據(jù)經(jīng)由DSP核處理后得到導(dǎo)航路徑信息，最后由ARM核將導(dǎo)航路徑信息經(jīng)I2C總線傳遞給基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向信息。
[0020]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述CPLD圖像采集單元2采用TVP5146視頻AD采集芯片，TVP5146視頻AD采集芯片用于實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集，
[0021 ] TVP5146視頻AD采集芯片經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓變換后，通過DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE輸入到DM6446處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
[0022]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)還包括主要用來存儲(chǔ)嵌入式LUNIX文件系統(tǒng)、圖像及視頻等的硬盤，
[0023]硬盤與SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器連接實(shí)現(xiàn)總線收發(fā)器驅(qū)動(dòng)硬盤，并根據(jù)總線片選和方向信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，
[0024]DM6446處理器與硬盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)1.8V DSP電壓轉(zhuǎn)換到3.3V，再輸入到SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器。
[0025]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE對(duì)外輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)經(jīng)過0PA357AIDDA運(yùn)算放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大后輸出到視頻顯示設(shè)備中。
[0026]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，包括:AM29LV256M NOR FLASH外存芯片，其為DM6446擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)啟動(dòng)程序和數(shù)據(jù)；
[0027]MT47H64M16BT DDR2內(nèi)存芯片，為系統(tǒng)的內(nèi)存，用來緩沖視頻輸入數(shù)據(jù)、作為OSD的緩沖器以及存儲(chǔ)ARM和DSP的代碼等。
[0028]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，還包括以下擴(kuò)展的相關(guān)功能電路:
[0029]PI6CX100-27晶振電路，與DM6446處理器連接，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)部分外圍設(shè)備提供時(shí)鐘源，所述時(shí)鐘源至少包括CPLD的時(shí)鐘信號(hào)；
[0030]EPM240GT100C5CPLD模塊，與DM6446處理器連接，主要完成的功能有:ATA硬盤的邏輯控制、1.8V電平到3.3V I/O電平轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘分頻及其它組合邏輯功能；
[0031]SN74CBTLV16210DGG FET總線驅(qū)動(dòng)芯片和與其連接的LXT971ALE以太網(wǎng)收發(fā)控制器，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，所述SN74CBTLV16210DGGFET總線驅(qū)動(dòng)芯片與DM6446處理器連接；[0032]PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片和與其連接的PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片，所述PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片與DM6446處理器連接；ARM核經(jīng)過PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電壓變換，PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片與PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片連接，將I2C總線擴(kuò)展到并口，以實(shí)現(xiàn)ARM核與基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的通信功能；
[0033]MAX3232串口通信芯片，用于實(shí)現(xiàn)串口通信功能，由于DM6446處理器輸出電平和MAX3232串口通信芯片電平不一致，在DM6446處理器和MAX3232串口通信芯片之間設(shè)有用于電平轉(zhuǎn)換的SN74AVC1T45電壓轉(zhuǎn)換芯片；
[0034]TPS3808G09DBVR復(fù)位電路芯片，與DM6446處理器連接，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路功能；
[0035]TPS543IOPffP電源電路芯片，與DM6446處理器連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源管理功能。
[0036]本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，將圖像處理技術(shù)及達(dá)芬奇技術(shù)(DSP技術(shù))相結(jié)合，系統(tǒng)功耗低，設(shè)備小型化，安裝方便，提高了谷物聯(lián)合收割機(jī)的導(dǎo)航路徑識(shí)別速度及精度，具有較高的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及魯棒性，適合于推廣使用。
[0037]本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，是將達(dá)芬奇技術(shù)與圖像處理技術(shù)相結(jié)合，利用TVP5146實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的農(nóng)田場景圖像采集，采用DSP實(shí)現(xiàn)圖像處理、路徑識(shí)別和作業(yè)路徑規(guī)劃，最后利用ARM技術(shù)將規(guī)劃后的作業(yè)路徑經(jīng)由I2C總線傳遞給轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，可用于谷物聯(lián)合收割機(jī)輔助駕駛過程中的導(dǎo)航路徑識(shí)別使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]本發(fā)明有如下附圖:
[0039]圖1本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，
[0040]圖2本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，
[0041]圖3 DM6446處理器核心電路原理不意圖，
[0042]圖4本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，包括:
[0045]攝像頭1，安裝在谷物聯(lián)合收割機(jī)的頂部，實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景，例如攝像頭(攝像機(jī))安裝在谷物聯(lián)合收割機(jī)的左側(cè)頂部；
[0046]CPLD圖像采集單元2，其與攝像頭I連接實(shí)現(xiàn)原始圖像采集；
[0047]DSP內(nèi)核圖像處理單元3，其接收CPLD圖像采集單元2采集的原始圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，所述處理至少包括:彩色空間變換、圖像增強(qiáng)、圖像自適應(yīng)閾值分割；
[0048]DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元10，其接收經(jīng)DSP內(nèi)核圖像處理單元3處理后的圖像，根據(jù)圖像計(jì)算并得到導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)；
[0049]DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元5，其接收DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元10輸出的導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)，對(duì)直線參數(shù)信息進(jìn)一步規(guī)劃、整理形成導(dǎo)航路徑信息；
[0050]ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6，接收DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元5輸出的導(dǎo)航路徑信息，然后將導(dǎo)航路徑信息發(fā)送到ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元7，[0051]所述ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元7完成導(dǎo)航路徑信息向基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)8的信息傳遞。
[0052]本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，適用于谷物聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別使用，裝載該系統(tǒng)并在駕駛員對(duì)正收割線后，系統(tǒng)可以通過攝像頭(攝像機(jī))自動(dòng)檢測谷物聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)，并進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃形成導(dǎo)航路徑信息，最后將導(dǎo)航路徑信息通過基于I2C總線的ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元傳遞給基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
[0053]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別的過程中，通過鍵盤4向ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6發(fā)送指令，對(duì)視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別過程進(jìn)行設(shè)置，
[0054]ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元6根據(jù)導(dǎo)航路徑信息形成相應(yīng)的路徑識(shí)別的圖像信息，將路徑識(shí)別的圖像信息發(fā)送到顯示輸出單元9，實(shí)現(xiàn)采集視頻及識(shí)別路徑的顯示輸出。
[0055]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖2、3所示，所述系統(tǒng)以DM6446處理器為核心單元構(gòu)成核心電路，
[0056]DM6446處理器包含有DSP核和ARM核，
[0057]攝像頭I實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景后，由CPLD圖像采集單元2完成原始圖像采集，原始圖像的數(shù)據(jù)經(jīng)由DSP核處理后得到導(dǎo)航路徑信息，最后由ARM核將導(dǎo)航路徑信息經(jīng)I2C總線傳遞給基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向信息。
[0058]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述CPLD圖像采集單元2采用TVP5146視頻AD采集芯片，TVP5146視頻AD采集芯片用于實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集，
[0059]TVP5146視頻AD采集芯片經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓變換后，通過DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE輸入到DM6446處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
[0060]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)還包括主要用來存儲(chǔ)嵌入式LUNIX文件系統(tǒng)、圖像及視頻等的硬盤，
[0061]硬盤與SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器連接實(shí)現(xiàn)總線收發(fā)器驅(qū)動(dòng)硬盤，并根據(jù)總線片選和方向信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，
[0062]DM6446處理器與硬盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)1.8V DSP電壓轉(zhuǎn)換到3.3V，再輸入到SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器。
[0063]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE對(duì)外輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)經(jīng)過0PA357AIDDA運(yùn)算放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大后輸出到視頻顯示設(shè)備中。
[0064]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖3所示，所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，包括:AM29LV256M NOR FLASH外存芯片，其為DM6446擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)啟動(dòng)程序和數(shù)據(jù)；
[0065]MT47H64M16BT DDR2內(nèi)存芯片，為系統(tǒng)的內(nèi)存，用來緩沖視頻輸入數(shù)據(jù)、作為OSD(屏上顯示接口)的緩沖器以及存儲(chǔ)ARM和DSP的代碼等。
[0066]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖3所示，所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，還包括以下擴(kuò)展的相關(guān)功能電路:[0067]PI6CX100-27晶振電路，與DM6446處理器連接，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)部分外圍設(shè)備提供時(shí)鐘源，所述時(shí)鐘源至少包括CPLD的時(shí)鐘信號(hào)；
[0068]EPM240GT100C5CPLD模塊，與DM6446處理器連接，主要完成的功能有:ATA硬盤的邏輯控制、1.8V電平到3.3V I/O電平轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘分頻及其它組合邏輯功能；
[0069]SN74CBTLV16210DGG FET總線驅(qū)動(dòng)芯片和與其連接的LXT971ALE以太網(wǎng)收發(fā)控制器，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，所述SN74CBTLV16210DGGFET總線驅(qū)動(dòng)芯片與DM6446處理器連接；
[0070]PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片和與其連接的PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片，所述PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片與DM6446處理器連接；ARM核經(jīng)過PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電壓變換，PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片與PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片連接，將I2C總線擴(kuò)展到并口，以實(shí)現(xiàn)ARM核與基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的通信功能；
[0071]MAX3232串口通信芯片，用于實(shí)現(xiàn)串口通信功能，由于DM6446處理器輸出電平和MAX3232串口通信芯片電平不一致，在DM6446處理器和MAX3232串口通信芯片之間設(shè)有用于電平轉(zhuǎn)換的SN74AVC1T45電壓轉(zhuǎn)換芯片；
[0072]TPS3808G09DBVR復(fù)位電路芯片，與DM6446處理器連接，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路功能；
[0073]TPS543IOPffP電源電路芯片，與DM6446處理器連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源管理功能。
[0074]圖4為本發(fā)明所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)物圖，板子具有小型化、功耗低，接口豐富等特點(diǎn)。具體接口詳見圖3。
[0075]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括: 攝像頭(1)，安裝在谷物聯(lián)合收割機(jī)的頂部，實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景； CPLD圖像采集單元(2)，其與攝像頭(1)連接實(shí)現(xiàn)原始圖像采集； DSP內(nèi)核圖像處理單元(3)，其接收CPLD圖像采集單元(2)采集的原始圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，所述處理至少包括:彩色空間變換、圖像增強(qiáng)、圖像自適應(yīng)閾值分割； DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元(10)，其接收經(jīng)DSP內(nèi)核圖像處理單元(3)處理后的圖像，根據(jù)圖像計(jì)算并得到導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)； DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元(5)，其接收DSP內(nèi)核路徑識(shí)別單元(10)輸出的導(dǎo)航路徑的直線參數(shù)，對(duì)直線參數(shù)信息進(jìn)一步規(guī)劃、整理形成導(dǎo)航路徑信息； ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元(6)，接收DSP內(nèi)核作業(yè)路徑規(guī)劃單元(5)輸出的導(dǎo)航路徑信息，然后將導(dǎo)航路徑信息發(fā)送到ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元(7)， 所述ARM內(nèi)核I2C總線與單片機(jī)通信單元(7)完成導(dǎo)航路徑信息向基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(8)的信息傳遞。
2.如權(quán)利要求1所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:在視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別的過程中，通過鍵盤(4)向ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元(6)發(fā)送指令，對(duì)視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別過程進(jìn)行設(shè)置， ARM內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)度與程序控制單元(6)根據(jù)導(dǎo)航路徑信息形成相應(yīng)的路徑識(shí)別的圖像信息，將路徑識(shí)別的圖像信息發(fā)送到顯示輸出單元(9)，實(shí)現(xiàn)采集視頻及識(shí)別路徑的顯示輸出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)以DM6446處理器為核心單元構(gòu)成核心電路， DM6446處理器包含有DSP核和ARM核， 攝像頭(1)實(shí)時(shí)采集農(nóng)田場景后，由CPLD圖像采集單元(2 )完成原始圖像采集，原始圖像的數(shù)據(jù)經(jīng)由DSP核處理后得到導(dǎo)航路徑信息，最后由ARM核將導(dǎo)航路徑信息經(jīng)I2C總線傳遞給基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向信息。
4.如權(quán)利要求3所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述CPLD圖像采集單元(2)采用TVP5146視頻AD采集芯片，TVP5146視頻AD采集芯片用于實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集， TVP5146視頻AD采集芯片經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓變換后，通過DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE輸入到DM6446處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
5.如權(quán)利要求4所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括主要用來存儲(chǔ)嵌入式LUNIX文件系統(tǒng)、圖像及視頻等的硬盤， 硬盤與SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器連接實(shí)現(xiàn)總線收發(fā)器驅(qū)動(dòng)硬盤，并根據(jù)總線片選和方向信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， DM6446處理器與硬盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先經(jīng)過SN74AVCB164245VR電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)1.8V DSP電壓轉(zhuǎn)換到3.3V，再輸入到SN74LVT16245B ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求4所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:DM6446中的視頻處理子系統(tǒng)VPSS的視頻前端VPFE對(duì)外輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)經(jīng)過0PA357AIDDA運(yùn)算放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大后輸出到視頻顯示設(shè)備中。
7.如權(quán)利要求4所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，包括:AM29LV256M NOR FLASH外存芯片，其為DM6446擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)啟動(dòng)程序和數(shù)據(jù)； MT47H64M16BT DDR2內(nèi)存芯片，為系統(tǒng)的內(nèi)存，用來緩沖視頻輸入數(shù)據(jù)、作為OSD的緩沖器以及存儲(chǔ)ARM和DSP的代碼等。
8.如權(quán)利要求4所述的用于谷物聯(lián)合收割機(jī)的視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述核心單元為DM6446處理器的核心電路中，還包括以下擴(kuò)展的相關(guān)功能電路: PI6CX100-27晶振電路，與DM6446處理器連接，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)部分外圍設(shè)備提供時(shí)鐘源，所述時(shí)鐘源至少包括CPLD的時(shí)鐘信號(hào)； EPM240GT100C5CPLD模塊，與DM6446處理器連接，主要完成的功能有:ATA硬盤的邏輯控制、1.8V電平到3.3V I/O電平轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘分頻及其它組合邏輯功能； SN74CBTLV16210DGG FET總線驅(qū)動(dòng)芯片和與其連接的LXT971ALE以太網(wǎng)收發(fā)控制器，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，所述SN74CBTLV16210DGGFET總線驅(qū)動(dòng)芯片與DM6446處理器連接； PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片和與其連接的PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片，所述PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片與DM6446處理器連接；ARM核經(jīng)過PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電壓變換，PCF8574A I2C轉(zhuǎn)并口擴(kuò)展芯片與PCA9306I2C總線電壓轉(zhuǎn)換芯片連接，將I2C總線擴(kuò)展到并口，以實(shí)現(xiàn)ARM核與基于單片機(jī)的聯(lián)合收割機(jī)視覺導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的通信功能； MAX3232串口通信芯片，用于實(shí)現(xiàn)串口通信功能，由于DM6446處理器輸出電平和MAX3232串口通信芯片電平不一致，在DM6446處理器和MAX3232串口通信芯片之間設(shè)有用于電平轉(zhuǎn)換的SN74AVC1T45電壓轉(zhuǎn)換芯片； TPS3808G09DBVR復(fù)位電路芯片，與DM6446處理器連接，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路功能； TPS543IOPffP電源電路芯片，與DM6446處理器連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源管理功能。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103914071SQ201410132110
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】吳剛, 譚彧, 張成濤, 尹彥鑫 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)