基于车轮-水稻行线位姿关系的水田除草机器人视觉导航

作     者：刘子翔 李彦明 肖扬帆 黄飞 郭溢波 

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院 农业农村部长三角智慧农业技术重点实验室 

出 版 物：《农机化研究》 (Journal of Agricultural Mechanization Research)

年 卷 期：2025年

学科分类：0828[工学-农业工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：上海市科技兴农项目(2022-02-08-00-12-F01113) 

主　　题：除草机器人 视觉导航 图像处理 位姿关系 滑窗算法 坐标转换 

摘      要：除草机器人在进行田间除草作业时,需要获得准确的导航信息以防止在除草过程中损伤水稻幼苗。传统的图像处理方法或卫星定位系统在水田环境下并不能直接得到车身与水稻行的相对位置。为此,提出了一种基于水稻行线与车轮航向位姿关系的视觉导航方法。通过优化滑窗算法提取图像中车轮和水稻行的特征点,将得到的车轮航向点和水稻行线点通过坐标转换公式,由像素坐标转化为世界坐标,得到车轮在水稻行之间行进的位置信息,进而得到导航信息。算法部署在Nvidia Jetson TX2平台上,处理每帧图像得到导航信息的时间可稳定在0.25 s内。导航信息提取实验结果表明,横向偏差提取平均误差为20.3 mm,航向角偏差提取平均误差为1.76°,可以满足除草机器人作业行进间导航的实时性与行线跟踪准确性的要求。