【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及作物行中心線提取方法領域，尤其涉及一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法。
技術介紹
1、隨著智慧農業和精準農業的迅速發展，農業機械自動導航技術已成為農業領域的關鍵技術之一，不僅被廣泛應用于耕地、除草、播種、噴藥、施肥、收獲等各類農業生產活動中，并在不斷拓展應用范圍。智慧農業利用物聯網、大數據、人工智能等高新技術，實現農業生產的智能化、信息化和精準化管理，提升生產效率，應對氣候變化和資源短缺等挑戰，促進農業可持續發展。農業機械自動導航技術作為智慧農業的重要組成部分，通過精確的定位和路徑規劃，提高作業效率，降低勞動強度和生產成本，提升作業質量和一致性。
2、目前，主要采用的導航技術包括衛星導航和機器視覺兩種方式，衛星導航常采用差分全球導航衛星系統（global?navigation?satellite?system,?gnss）實現厘米級定位，但高精度的差分全球導航衛星系統設備成本較高，對于小型農場和個體農戶來說，初始投資較大，且易受樹木遮擋，無法感知當前作物行的特征信息。
3、視覺導航在農業機械自動導航中也存在弊端，對光照和天氣條件敏感，容易受到光線不足和惡劣天氣的影響，導致導航精度下降。此外，視覺系統在實時捕捉、處理和響應作物行的變化時，需要高速的數據處理能力和快速的算法執行，以保證系統的實時性和響應速度。這些因素限制了其在高效自動導航應用中的廣泛采用和可靠性，尤其在復雜的田間環境中識別能力有限，如樹木、陰影和雜草密集區域，常常出現誤導航或無法識別作物行的問題。
1、本專利技術的目的是提供一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法，具有識別精度高，運算時間少，成本低廉的特點，避免農業機械出現誤導航或無法識別作物行的問題。
2、本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法，適用于多行作物相互平行間隔種植的田地，通過提取作物行中心線對農業機械進行導航，使農業機械能夠運動至相鄰兩行作物之間，包括以下步驟：
3、步驟一、當農業機械沿著作物行的長度方向靠近田地時，通過農業機械上安裝的相機對田地進行拍照，然后對圖像進行預處理和特征提取，得到作物特征點圖；
4、步驟二、通過dbscan算法對作物特征點進行聚類
5、首先隨機選擇一個特征點，以距離閾值epsilon為鄰域半徑，計算該特征點的鄰域范圍內的其它特征點的數量，當點數少于閾值數量min_samples時，將該特征點標記為噪聲點，當點數不少于閾值數量min_samples時，將該特征點標記為核心點，并將鄰域范圍內的其它特征點添加到核心點的特征點簇；
6、然后對特征點簇進行擴展，對添加的其它特征點分別進行鄰域范圍內的點數計算，當點數不少于閾值數量min_samples時，將新計算的鄰域范圍內的特征點添加到特征點簇，繼續對新添加的特征點進行鄰域范圍內的點數計算，直到特征點簇內所有新添加的特征點的鄰域范圍內的點數均少于閾值數量min_samples時，停止特征點簇的擴展；
7、重新隨機選擇一個不屬于特征點簇且未被標記為噪聲點的特征點，重復進行上述過程，直到所有特征點均屬于某個特征點簇或被標記為噪聲點時，得到與多個作物行分別對應的多個特征點簇，并對多個特征點簇分別標記不同的顏色，得到特征點聚類圖；
8、步驟三、將特征點聚類圖沿高度方向劃分為多個依次相接的水平條帶區域，對所有水平條帶區域分別進行掃描，通過顏色識別出水平條帶區域中屬于不同特征點簇的特征點，然后對屬于相同特征點簇的特征點進行中值點提取，將水平條帶區域中相同顏色范圍的中心位置的特征點作為中值點，并舍去中值點以外的其它特征點；
9、步驟四、對所有水平條帶區域上的中值點通過顏色進行匹配，然后通過最小二乘法對相同顏色的中值點進行直線擬合，即得到相機拍照范圍內所有作物行的中心線。
10、優選的，步驟二中，當作物類型有多種時，首先對作物類型進行識別，并對不同種類的作物分配不同的距離閾值epsilon和閾值數量min_samples。
11、根據上述技術方案，本專利技術的有益效果是：
12、本專利技術采用dbscan算法進行聚類，不需要預先了解作物行的數量，通過聚類分析自動識別作物行。這種方法不僅降低了復雜度，而且更易于實現。同時，dbscan算法具有較強的魯棒性和適應性，能夠在噪聲和數據密集度不均的情況下依然保持高可靠性，在實現過程中更加靈活，并能提供穩定和準確的導航效果，進一步提升了農業自動化和智能農機系統的應用價值。本專利技術能夠有效提高識別精度，使得提取出的作物行中心線更加準確、可靠，優化了計算過程，顯著減少了運行時間，從而提高了整體效率，滿足了實際應用中的高效性需求。此外，本專利技術的方法適用于多種不同類型的作物行結構，具有廣泛的適應性和通用性，在農業自動化、智能農機系統等領域具有重要的應用價值和前景。
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1.一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法，適用于多行作物相互平行間隔種植的田地，通過提取作物行中心線對農業機械進行導航，使農業機械能夠運動至相鄰兩行作物之間，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法，其特征在于：步驟二中，當作物類型有多種時，首先對作物類型進行識別，并對不同種類的作物分配不同的距離閾值epsilon和閾值數量min_samples。
【技術特征摘要】
1.一種分區域特征點聚類的作物行中心線提取方法，適用于多行作物相互平行間隔種植的田地，通過提取作物行中心線對農業機械進行導航，使農業機械能夠運動至相鄰兩行作物之間，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：冀保峰，王航，王偉光，李奕瑋，張冀，陶發展，張高遠，王建華，陳洪濤，宋康，李春國，樊會濤，
申請(專利權)人：河南科技大學，
類型：發明
國別省市：
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