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用于將收割機器的卸載設備導引到容器的方法.pdf

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用于 收割 機器 卸載 設備 導引 容器 方法
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摘要
申請專利號:

CN201180010302.1

申請日:

20110218

公開號:

CN102762090A

公開日:

20121031

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A01D41/12,A01D43/08 主分類號: A01D41/12,A01D43/08
申請人: CNH比利時股份有限公司
發明人: B·M·A·米索滕,D·O·M·費爾哈格,W·M·R·比特比爾,K·M·C·維亞納
地址: 比利時澤德爾海姆
優先權: 2010/0103
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 代理人: 張濤
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180010302.1

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及一種用于將農業收割機器的可運動的卸載設備(1)導引到與所述收割機器相鄰行駛的容器(4)的方法,所述容器如從收割機器觀察包括近和遠上邊框(6,8)。容器的圖像通過3D照相機以像素的陣列的形式取得,其中照相機還對于每個像素而言在圖像中產生在照相機與物體之間的距離值。通過選擇圖像中的多個豎直條帶(21,22,23)、通過確定用于沿著這些條帶的每個豎直位置的已過濾的距離值、并且通過從這些距離值確定近和遠上邊框(6,8)的位置來分析圖像。基于這些數據,卸載設備(1)朝向相對于容器的預定位置運動,所述預定的相對位置是這樣的位置,即,在所述位置中卸載設備將切割的農作物(3)導引到分別在所述近上邊框(6)上方和/或所述遠上邊框(8)下方的位置。

權利要求書

1.用于將農業收割機器的能運動的卸載設備(1)導引到與所述收割機器相鄰行駛的容器(4)的方法,當從所述收割機器觀察時能看到,所述容器包括近和遠上邊框(6,8),所述方法包括以下步驟:在所述收割機器上使用照相機(15),用于捕獲所述容器的至少一部分的圖像(19),所述照相機產生圖像數據,所述圖像數據包含關于在所述照相機與所述容器的所述部分之間的距離方面的數據;處理所述圖像數據,以由此得到關于在所述容器(4)的所述部分與所述卸載設備(1)之間的相對位置方面的數據;以及使用所述相對位置數據,用于使所述卸載設備(1)相對于所述收割機器朝向相對于所述容器的預定位置自動地運動,所述方法的特征在于,處理所述圖像數據的步驟包括:-從所捕獲的圖像選擇與所述卸載設備(1)的左側和/或右側上的豎直條帶(21/22)有關的圖像數據;-對于所述豎直條帶或者每個豎直條帶而言,過濾用于每個豎直位置的距離數據以產生用于所述豎直位置的單個已過濾的距離值;以及-對于所述條帶或者每個條帶而言,分析已過濾的距離值的序列,以由此得到所述容器的近和/或遠上邊框(6,8)的豎直位置;并且其中,所述預定的相對位置是這樣的位置,即,在所述位置中所述卸載設備將收割的農作物(3)導引到分別在所述近上邊框(6)上方和/或所述遠上邊框(8)下方的位置。2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,過濾所述距離數據的步驟包括:-對于所述豎直條帶或者每個豎直條帶(21,22)而言,計算用于每個豎直位置的平均距離值,并且將所述平均距離值賦值于所述已過濾的距離值。3.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述圖像數據包含關于每個已產生的距離值的質量方面的數據,并且過濾所述距離數據的步驟包括:-忽略具有低于預定閾值的質量的距離數據。4.根據權利要求3所述的方法,其特征在于,關于所述質量方面的數據包括用于所述條帶或者多個條帶(21,22)中的每個位置的光強度。5.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,分析已過濾的距離值的序列的步驟包括:-計算所述已過濾的距離值的序列的一階和/或二階導數;-將所述導數與閾值相比較;以及-將容器的邊框(6,8)的豎直位置賦值于所述導數超過所述閾值的豎直位置。6.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,處理圖像數據的步驟還包括:-從所捕獲的圖像選擇與對準所述卸載設備(1)的又一個豎直條帶(23)有關的圖像數據;-對于所述又一個豎直條帶(23)而言,過濾用于每個豎直位置的距離數據以產生用于所述豎直位置的單個已過濾的距離值;以及-對于所述又一個豎直條帶(23)而言,分析已過濾的距離值的序列,以由此得到所述容器(4)的近上邊框(6)的豎直位置。7.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,處理圖像數據的步驟包括:-對于所述卸載設備(1)的左側和/或右側上的所述或每個豎直條帶(21,22)而言,分析已過濾的距離值的序列,以由此獲得所述卸載設備的左側和/或右側上的任何農作物的高度。8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,為了獲得任何農作物的高度而分析距離值的序列的步驟包括:-在所述近和遠上邊框(6,8)的豎直位置之間建立起具有最大的已過濾的距離值的豎直位置;以及-將所述農作物高度賦值于所建立起來的豎直位置。9.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,為了獲得任何農作物的高度而分析距離值的序列的步驟包括:-計算在所述近和遠上邊框(6,8)的豎直位置之間的已過濾的距離值的序列的導數;-將所述農作物高度賦值于具有計算出的最大導數的豎直位置。10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法,其特征在于,所述卸載設備(1)的相對于所述容器(4)的預定位置使用以下步驟建立起來:-對于所述卸載設備的左側和右側的所述豎直條帶(21,22)中的每個而言,監測所述容器中任何農作物的所得到的高度;-比較所得到的農作物高度和所述容器的上邊框(6,8)中的至少一個邊框的豎直位置;-只要所得到的農作物高度是在所述至少一個邊框的豎直位置以下的預定值,就維持當前的相對位置;以及-如果所述豎直的農作物高度中的一個小于在所述邊框的豎直位置以下的預定值,則使所述卸載設備的相對位置運動到在所述農作物高度與所述上邊框的豎直位置之間具有較大距離的一側。11.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,處理圖像數據的步驟還包括:-從所捕獲的圖像選擇與所述容器的近邊框(6)下方的水平條帶(30)有關的圖像數據;-過濾用于每個水平位置的距離數據以產生用于所述水平位置的單個已過濾的距離值;以及-從已過濾的距離值的序列得到在所捕獲的圖像中的所述容器的左或右拐角(50)的相對位置。12.根據權利要求11所述的方法,其特征在于,處理圖像數據的步驟還包括:-從所捕獲的圖像選擇與所述容器的近邊框上方的水平條帶(31)有關的圖像數據;-過濾用于每個水平位置的距離數據以產生用于所述水平位置的單個已過濾的距離值;以及-從已過濾的距離值的序列得到在所捕獲的圖像中的所述容器的左或右上邊框(51)的相對位置。13.根據權利要求11或12所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:-比較所述容器(4)的拐角(50)和/或邊框(51)的得出的相對位置與所述卸載設備(1)的水平位置;以及-當發現在預定閾值以下的水平位置差時,停止或者恢復所述卸載設備的運動。14.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述照相機是3D照相機,所述3D照相機具有像素的陣列并且對于每個像素而言使用飛行時間原理來確定到物體的距離。15.根據以上權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述照相機在所述容器的上邊框(6,8)以上的高度處安裝在所述能運動的卸載設備上,以便使所述照相機能夠取得所述容器的圖像,所述圖像包括定位在所述圖像的下部分中的近上邊框(6)和定位在所述圖像的上部分中的遠上邊框(8)。16.一種收割機器,其配備有卸載設備(1),所述卸載設備用于將農作物物料(3)卸載到與所述收割機器并排運動的容器(4)中,與所述收割機器連接地安裝有3D照相機(15),所述收割機器還包括控制裝置,所述控制裝置構造成根據以上權利要求中任一項所述的方法導引所述能運動的卸載設備。17.根據權利要求16所述的收割機器,其特征在于,所述收割機器包括草料收割機,并且所述卸載設備包括噴管(1)。18.根據權利要求16所述的收割機器,其特征在于,所述收割機器包括聯合收割機,并且所述卸載設備包括用于卸載糧箱的卸載管。

說明書

技術領域

本發明涉及諸如聯合收割機或者草料收割機的農業收割機器,其配備有卸載設備(例如,噴管),所述卸載設備用于將收割的且處理過的農作物物料填充到與收割機并排行進的容器中。本發明涉及用于基于這種容器的圖像數據控制該容器的填充的方法。

背景技術

在上述類型的草料收割機中,在現有技術中已知的是基于照相機圖像進行噴管的可樞轉的端部部分(翼片)的位置和噴管位置的控制。EP2020174說明了一種配備有光電器件的收割機,所述光電器件構造成檢測收割機和容器的特征參數和/或噴管的特征參數。光電器件可以是照相機系統,其能夠獲得容器填充區域的三維圖像數據,以從這種數據得到特征參數。在這些參數中包括容器側壁的空間位置和高度,以及已經沉積在容器中的農作物的填充高度。用于處理圖像數據的方法包括識別圖像中的圖案和特征線。然而,這些方法需要相當復雜的圖像識別算法并且會缺乏魯棒性、準確性和速度。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于處理填充區域的圖像數據的方法,所述方法允許更加有效地且簡化地控制填充處理。

本發明涉及如在所附權利要求書中公開的方法和收割機器。本發明的方法提供以下優點,即,所述優點為圖像的分析是基于區域的有限部分,尤其是基于圖像中所選的多個條帶。這允許快速的且有效的分析。

根據本發明的一個方面,提供一種用于將農業收割機器的可運動的卸載設備導引到與收割機器相鄰的從動的容器的方法,所述容器如從收割機器觀察包括近和遠上邊框,所述方法包括以下步驟:

在收割機器上使用用于捕獲容器的至少一部分的圖像的照相機,所述照相機產生包含關于在照相機與容器的所述部分之間的距離方面的數據的圖像數據;

處理所述圖像數據,以由此得到關于在容器的所述部分與卸載設備之間的相對位置方面的數據;以及

使用所述相對位置數據,用于使卸載設備相對于收割機器朝向相對于容器的預定位置自動地運動,

所述方法的特征在于,

所述處理圖像數據的步驟包括:

-從所捕獲的圖像選擇與卸載設備的左側和/或右側上的豎直條帶有關的圖像數據;

-對于豎直條帶或者每個豎直條帶而言,過濾用于每個豎直位置的距離數據以產生用于所述豎直位置的單個已過濾的距離值;以及

-對于條帶或者每個條帶而言,分析已過濾的距離值的序列,以由此得到容器的近和/或遠上邊框的豎直位置;并且

其中,預定的相對位置是這樣的位置,即,在所述位置中卸載設備將切割的農作物導引到在分別所述近上邊框上方和/或所述遠上邊框下方的位置。

對每個條帶中的距離值的分析可以提供關于容器中的農作物高度和在邊框上方不堆積農作物的情況下用于進一步填充的容器中的可用空間有關的數據。邊框的位置、高度和/或邊緣可以從距離數據得到,例如,從距離序列的一階或二階導數得到。

有利地,圖像處理也可以包括圖像中的豎直條帶的分析以從該分析得到容器的左或右拐角的存在或者左或右上邊框的存在。這些數據可以用于限制或者恢復卸載設備相對于容器的運動。

根據本發明的另一個方面,提供一種收割機器,其配備有卸載設備,所述卸載設備用于將農作物物料卸載到與收割機器并排運動的容器中,與收割機器連接地安裝有3D照相機,所述收割機器還包括控制裝置,所述控制裝置構造成根據本發明的第一方面的方法導引可運動的卸載設備。收割機器可以包括設有噴管的草料收割機或者設有用于糧箱的卸載管的聯合收割機。

附圖說明

圖1是配備有3D照相機的填充噴管的示意圖,所述3D照相機在適用于本發明的方法的位置中相對于填充容器定位;

圖2示出容器的一部分的圖像的示例,基于所述圖像可以根據本發明執行分析;

圖3示出在本發明的方法中獲得的和分析的距離曲線的示例;和

圖4示出適于在本發明的方法中使用的圖像和距離曲線的另一個示例。

具體實施方式

現在將參照附圖說明優選的實施例。詳細的說明不限制本發明的范圍,本發明的范圍僅由所附權利要求書限定。

圖1是排出噴管1的示意圖,所述排出噴管1的基部以技術領域中已知的方式安裝在草料收割機(未示出)上,以用于圍繞豎直軸線轉動并且圍繞水平軸線樞轉。噴管支座設有:諸如液壓馬達10的致動器,用于改變噴管的角位置;和諸如液壓缸的另一個致動器(未示出),用于改變噴管端部的高度。噴管還具有在其端部處的可樞轉的翼片2,其設有諸如直線電力致動器11的第三致動器。這三個致動器被控制系統12控制,所述控制系統12構造成將處理過的農作物物料的流3導引到由手動控制器13或者由微處理器14管理的容器4中。容器4具有:近側壁5,其與草料收割機最接近并且具有上邊框6;和相對的遠側壁7,其具有上邊框8。農作物物料沉積到容器4中并且在其中形成堆9。在所示的翼片2下方位置中,在噴管上安裝有3D照相機15并且優選地安裝有光源16。照相機構造成產生作為像素陣列的圖像19,并且構造成對于圖像中的每個像素而言在圖像中確定從照相機到物體之間的距離的值。這些距離可以基于飛行時間原理來確定。照相機的視場由邊界線17和18表示。

相對于容器4的照相機的位置使得在水平方向上照相機放置到容器的一側(即,照相機的水平位置A不位于容器的側壁5和7的橫向水平位置B和C之間)。在豎直方向上,照相機優選地放置成高于容器的側壁5和7的上邊框6和8。結果,照相機獲取這樣的圖像,即,在所述圖像中,至少近側壁5的前表面并且也可能遠側壁7的前表面(即,面對收割機器的表面)是可見的,以及這些側壁的近上邊框6并且也可能這些側壁的遠上邊框8是可見的,如圖2中的示例所示。(近側壁5的)近上邊框6表示在圖像的下部分中,而(遠側壁7的)遠上邊框8表示在圖像的上部分中。在噴管輸送農作物物料到容器中的同時取得圖2中的圖像。被噴出的農作物物料作為圖像中的中心區域20可見。

根據本發明的方法,分析圖2中的圖像19,以便檢測至少近上邊框6的位置,如果可見,也檢測遠上邊框8的位置,可以也檢測已經沉積在容器中的農作物物料的農作物高度和/或容器4的前和后邊框的位置。根據容器行進在草料收割機的哪一側,前和后邊框可以在圖像的左或右部分中出現。這些與位置有關的數據在控制算法中使用,所述控制算法構造成控制以下參數中的一個或者多個:翼片角度、噴管角位置、噴管高度、容器位置、收割機位置。這些算法可以與使用如從圖像得到的噴管、容器和/或容器中的農作物物料的相對位置數據的已知算法類似。本發明的特征在于分析圖像的方式。尤其,代替分析整個圖像,僅在圖像中選擇有限數量的條帶,以便從所述條帶得到需要的信息。

在如圖2中所示的圖像中,選擇第一豎直條帶21和第二豎直條帶22,所述條帶分別位于噴管的左側和右側,即,圖像中的中心區域20的左側和右側。根據優選的實施例,在該中心區域20中選擇第三豎直條帶23。所選的條帶中的每個都包括像素行的堆疊,每行都與圖像上的豎直位置對應,每個像素都具有從圖像中包含的數據得到的對應距離值(已知圖像通過3D飛行時間照相機獲取)。根據本發明,用于每個豎直位置的距離數據繼而被過濾以產生用于豎直位置的單個已過濾的距離值。根據優選的實施例,已過濾的距離值等于用于條帶中的每個豎直位置的平均距離值。而且,圖像數據可以包含關于每個已產生的距離值的質量方面的數據,例如,用于圖像中的每個位置的光強度,并且過濾則可以包括忽略具有低于預定值的質量的距離數據的步驟。

結果,獲得三條距離曲線,如圖3A至3C中所示,所述三條距離曲線分別與條帶21、23和22中的已過濾的距離對應。與左條帶21和右條帶22對應的曲線示出在示出近上邊框6和遠上邊框8的區域中的距離值中的清晰的跳躍或者飛躍。與中心條帶23對應的曲線示出僅在近上邊框6的位置處的跳躍,已知遠上邊框隱藏在區域20中的噴出的農作物的后面。根據本發明,至少一個上邊框6或8的豎直位置從一個或者兩個跳躍的位置獲得,并且噴管1和翼片2相對于收割機器的位置被控制成將收割的農作物導引到容器中,即,導引到在近上邊框6上方和/或在遠上邊框8下方的位置。如果使用僅一個邊框的跳躍,則控制算法可操作成在與該邊框相距預定距離處將農作物流導引到容器內。如果檢測到兩個邊框,則控制算法可操作成在這些邊框之間例如在中間導引農作物。

中心條帶23的距離值,并且尤其是在容器邊框的高度處的距離值,可以用于監測農作物流的位置并且調節相對于所檢測到的一個或多個邊框的所述農作物流的位置。

根據優選的實施例,圖3A至3C中的曲線的一階和/或二階導數用作用于確定邊框6和8的豎直位置的基礎。如參見圖3D至3F,一階導數示出在邊框6和8的位置處的尖銳峰值。與圖3A至3C中的距離曲線中的跳躍相比,這些峰值可以更容易被檢測到。同樣地,二階導數示出類似的峰值,并且可以從而也用作用于確定邊框6和8的位置的基礎。導數將去除平均距離信息,并且將尖銳地指示在照相機范圍內邊框的位置和數量。當一階和/或二階導數高于預定的閾值時,可以認為發現了邊緣。

根據又一個實施例,除了確定上邊框6和8中的一個或二者以外,該方法包括確定已經沉積在容器中的農作物高度的步驟。隨著農作物高度升高,圖像將在近上邊框6和遠上邊框8之間包含具有與遠側壁7相交的線的農作物物料區域。在每個條帶21和22中,農作物和遠側壁之間的交點限定所述條帶中的農作物高度。從而,從如上所述的相同的條帶21和22,到噴管的左側和右側,分析已過濾的距離值,并且確定與在近上邊框6和遠上邊框8之間的區域中的最高已過濾的距離值對應的豎直位置。然后,該豎直位置是與農作物高度對應的位置。或者,具有一階和/或二階導數的最大值的、在近上邊框和遠上邊框之間的位置被選擇為與農作物高度對應的位置。然后,該方法還包括比較在噴管的兩側上建立起來的農作物高度和近側壁5的豎直位置的步驟。當在噴管的左側或右側處的農作物高度中的一個相對于近上邊框6達到預定高度時,噴管1運動到容器4的還沒有被填充的區域,或者當在噴管的兩側上達到預定高度時,填充停止。

根據又一個實施例,在如圖4A中所示的圖像上選擇水平條帶(30或31),所述水平條帶位于容器的近上邊框6下方(30)或上方(31)。圖4A中的圖像示出容器的近上邊框6和遠上邊框8,并且還示出其右拐角50和右上邊框51。以與上述方式相同的方式,用于所述條帶中的每個水平位置的距離數據被過濾,以便產生用于條帶中的每個水平位置的單個已過濾的距離值。從這些已過濾的值得到容器的右拐角50和右上邊框51的位置。圖4B和4C中示出沿著水平方向的距離輪廓的示例。容器的右拐角和右上邊框的位置通過檢測已過濾的距離中的跳躍而得到,如在圖4B和4C中可見。圖4B和4C中的曲線的一階和/或二階導數也可以用于檢測右拐角和上邊框的水平位置。當噴管1和附裝的照相機15被指向容器4的相對的左段時,將在圖像中可見左拐角和左上邊框,并且包括已過濾距離測量值的相同方法可以用于建立起這些邊緣的水平位置。控制算法使用這些建立起來的位置以當農作物流太靠近拐角或者左或右側框時停止或恢復噴管運動。

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