激光傳感器三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、變量噴霧技術(shù)應(yīng)用智能化方法和控制策略實現(xiàn)噴施對象的按需施藥，能有效提高農(nóng)藥使用率、降低非靶標(biāo)沉積、減少環(huán)境污染、促進(jìn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。三維靶標(biāo)信息的精確檢測是智能變量噴霧執(zhí)行的前提和依據(jù)，近年來隨著實時傳感器技術(shù)的發(fā)展，激光傳感器相比于超聲和紅外等傳感器具備檢測精度高、性能穩(wěn)定和不受采光影響等優(yōu)點，因此，基于激光傳感器的變量噴霧目標(biāo)檢測成為熱點研究問題。本課題采用寬視角高速UTM-30LX型激光傳感器作為三維靶標(biāo)檢測實時傳感器，設(shè)計

2、開發(fā)基于該激光傳感器的室內(nèi)滑臺三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)和室外車載式三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)，研究激光傳感器檢測規(guī)則物體和樹木等復(fù)雜三維靶標(biāo)信息的精確性，主要研究工作內(nèi)容如下所述：
　?。?）設(shè)計室內(nèi)滑臺三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)，驗證室內(nèi)條件下激光傳感器檢測精度。系統(tǒng)采用直線滑臺作為運動平臺、伺服電機作為運動驅(qū)動裝置。激光傳感器安裝在直線滑臺的運動滑塊上，通過伺服電機控制滑塊運動實現(xiàn)對激光傳感器運動速度、距離精確控制。
　　以STM32F103VET

3、6單片機為核心，完成控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、軟件程序編寫。其中，硬件電路包括：單片機最小系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換、開關(guān)按鍵輸入、數(shù)據(jù)通訊、伺服電機控制、光電測速等。軟件包括：人機界面、系統(tǒng)初始化、開關(guān)按鍵輸入、數(shù)據(jù)通訊、電機控制、滑塊運動速度位置檢測等單片機數(shù)據(jù)處理程序。
　　（2）設(shè)計室外車載式三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)，模擬實際檢測中存在的路面不平、機器振動等場景，進(jìn)一步驗證室外條件下激光傳感器檢測精度。系統(tǒng)采用電動實驗車作為激光傳感器實時掃描檢測

4、的動力設(shè)備，電動實驗車在實驗過程中的速度信息，通過實驗前場地標(biāo)定測試實驗獲得。
　　（3）在室內(nèi)、室外三維靶標(biāo)檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以規(guī)則物體、仿真樹、實際樹木為對象，分別設(shè)計不同間距、不同傳感器移動速度下組合實驗，實時掃描檢測靶標(biāo)物體，通過激光傳感器數(shù)據(jù)采集軟件UrgBenri讀取、存儲其輪廓特征數(shù)據(jù)信息，利用Matlab軟件進(jìn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)分析處理，重構(gòu)靶標(biāo)物體圖像，并提取激光掃描測量的目標(biāo)物體尺寸特征值。室內(nèi)、室外實驗條件下，與人工

5、測量比較而言，激光傳感器測得物體尺寸最大相對誤差分別小于7.40％、6.50%。
　?。?）另一方面，針對樹形結(jié)構(gòu)不規(guī)則現(xiàn)象，引入一種基于邊界距離場相似性評估方法，定量分析激光傳感器掃描重構(gòu)后物體圖像與照相機拍攝物體圖像兩者外形輪廓相似度。室內(nèi)、室外實驗條件下，兩者圖像輪廓相似度計算值分別大于0.9200、0.8900。
　?。?）綜合三維尺寸測量精確度以及輪廓相似度數(shù)據(jù)可知，在不同檢測距離和傳感器移動速度的室內(nèi)、室外實驗條