阅读说明：本技术 基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法 (Image grassland identification method based on echo peak monotonicity analysis ) 是由 刘瑜 于 2020-05-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法,包括运动平台,所述的运动平台内部设置处理器,所述的运动平台底部安装与所述的处理器连接的特性频率为v的超声波发射模块和超声波接收模块,所述的处理器内部设置草地识别算法,包括以下步骤：(1)超声波发射模块发射一组超声波,处理器间隔ΔT时间后,将超声波接收模块输出信号进行AD采样转换为采样信号f(n),采样时间间隔Δt=1/(N·v)；当采样次数达到x·N以后,结束采样过程；(2)比较出采样信号f(n)的最大值f<Sub>max</Sub>,采样序号为n<Sub>max</Sub>；(3)获取采样信号f(n<Sub>max</Sub>+i·N)：满足|f(n<Sub>max</Sub>+i·N)|>|f(n<Sub>max</Sub>+i·N+N)|时,符合单调减规律；否则,不符合单调减规律；(4)如果f(n)不符合单调减规律,则判断为草地；否则,为非草地。(The invention discloses an image grassland identification method based on echo peak monotonicity analysis, which comprises a motion platform, wherein a processor is arranged in the motion platform, an ultrasonic transmitting module and an ultrasonic receiving module which are connected with the processor and have the characteristic frequency of v are arranged at the bottom of the motion platform, and a grassland identification algorithm is arranged in the processor, and the method comprises the following steps: (1) the ultrasonic wave transmitting module transmits a group of ultrasonic waves, after the processor separates time delta T, the processor carries out AD sampling on the output signals of the ultrasonic wave receiving module and converts the output signals into sampling signals f (N), and the sampling time interval delta T =1/(N · v); when the sampling frequency reaches x · N, ending the sampling process; (2) comparing the maximum value f of the sampled signals f (n) max Sampling number n max (ii) a (3) Acquiring a sampling signal f (n) max + i · N): satisfies | f (n) max +i·N)|>|f(n max When + i.N + N) |, the monotone decreasing rule is met; otherwise, the monotone decreasing rule is not met; (4) if f (n) does not accord with the monotone decreasing rule, judging the lawn; otherwise, it is non-grassy.)

基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法

技术领域

本专利涉及基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法，属于移动机器人技术领域。

背景技术

超声波作为一种频率高于20000赫兹的声波，具有方向性好，反射能力强，易于获得较集中声能的优点，广泛应用于测距、测速等场合。超声波回波信号可有效反映物体的表面特征，反射界面越平整，波形越完整；而反射界面存在多次反射，波形就会呈现多个信号的叠加形态。这项技术可应用于自动割草机进行草地识别。草地表面铺设了多叶多茎的草，相对于普通地面，对超声波信号进行多次反射，通过波形的形态分析可区别草地与普通地面。

发明内容

针对上述问题，本专利提出一种基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法，以草地或者地面反射超声波信号的衰减特性为特性，进行草地识别。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法，包括可以自主移动的运动平台，所述的运动平台内部设置处理器，所述的运动平台底部安装超声波发射模块和超声波接收模块，所述的超声波发射模块设置超声波发射探头和信号驱动电路，所述的超声波接收模块设置超声波接收探头和信号放大电路，所述的信号驱动电路和信号放大电路连接所述的处理器，所述的超声波发射探头和超声波接收探头的特性频率为v，所述的处理器内部设置草地识别算法，所述的草地识别算法包括以下步骤：

(1)所述的处理器每隔固定时间T，通过所述的超声波发射模块发射一组频率为v的超声波，所述的处理器在超声波信号发射之后间隔ΔT时间，将所述的超声波接收模块输出信号经过AD采样转换为采样信号f(n),n=1,2,3...，采样时间间隔Δt=1/(N·v)，为两次AD采样之间的时间间隔；当采样次数达到x·N以后，结束采样过程，其中ΔT为信号发射至信号采样的时间间隔，N为单个超声波周期内的采样次数，x是超声波信号采样的周期数；

(2)比较出采样信号f(n)的最大值f_max，采样序号为n_max；

(3)间隔一个超声波周期1/v，获取采样信号f(n_max+i·N)，i=1,2,3,4...，进行单调性比较：满足|f(n_max+i·N)|>|f(n_max+i·N+N)|时，符合单调减规律；否则，不符合单调减规律；

(4)如果采样信号f(n)不符合单调减规律，则判断为草地；否则，判断为非草地。

本专利的有益效果主要表现在：提取反射超声波的峰值，分析声波反射波形，判断信号的单调性特征，作为草坪与普通地面的区别特征，进行草地识别，非接触式检测，可靠性高，并且抗干扰能力强。

附图说明

图1是本专利实施方式的原理框图；

图2是超声波反射波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

参照图1-2，基于回波峰值单调性分析的图像识别草地方法，包括可以自主移动的运动平台，所述的运动平台可设置驱动轮和支撑轮，可以实现直行、后退以及任意角度的旋转。所述的运动平台内部设置处理器1，所述的运动平台底部安装超声波发射模块和超声波接收模块，所述的超声波发射模块设置超声波发射探头3和信号驱动电路2，所述的超声波接收模块设置超声波接收探头5和信号放大电路4。所述的处理器1通过所述的信号驱动电路2控制所述的超声波发射探头3发射超声波信号，超声波信号反射以后由所述的超声波接收探头5转换成电信号，经过所述的信号放大电路4传送给所述的处理器1进行AD采样。所述的超声波发射探头3和超声波接收探头5的特性频率设置为相同频率，即为v。

所述的处理器1内部设置草地识别算法，用于判断当前位置是否为草地，所述的草地识别算法包括以下步骤：

(1)所述的处理器1每隔固定时间T，通过所述的超声波发射模块发射一组频率为v的超声波，所述的处理器1在超声波信号发射之后间隔ΔT时间，将所述的超声波接收模块输出信号经过AD采样转换为采样信号f(n),n=1,2,3...，采样时间间隔Δt=1/(N·v)，为两次AD采样之间的时间间隔；当采样次数达到x·N以后，结束采样过程，其中ΔT为信号发射至信号采样的时间间隔，N为单个超声波周期内的采样次数，x是超声波信号采样的周期数；

所述的处理器1间隔ΔT时间后再进行信号采样，是为了避免所述的超声波发射探头3对超声波接收探头5的直接干扰，而不是反射信号。ΔT时间可设置为超声波信号从所述的超声波发射探头3传播到所述的超声波接收探头5所需的时间。采样时间间隔Δt设置为超声波信号周期的1/N，是为了易于实现采样过程与超声波信号同步；同时，采样时间间隔Δt的x·N倍，应该小于固定时间T，即采样应该在固定时间T内完成。

(2)比较出采样信号f(n)的最大值f_max，采样序号为n_max；

最大值f_max对应了地面反射的超声波在所述的超声波接收探头5引起震荡的第一个周期的峰值。

(3)间隔一个超声波周期1/v，获取采样信号f(n_max+i·N)，i=1,2,3,4...，进行单调性比较：满足|f(n_max+i·N)|>|f(n_max+i·N+N)|时，符合单调减规律；否则，不符合单调减规律；

在获得最大值f_max及采样序号n_max后，向后每个超声波周期，即N个采样信号,获取一个峰值。然后，将峰值进行幅值比较，得出信号的单调性特征。因为草地上草茎、草叶及地面会对声波的进行多次反射，所述的超声波接收探头5会接收到多次反射的声波能量，因此输出信号会呈现多个信号的叠加，峰值特征为非单调减特性，而普通地面的反射声波为一次反射，信号峰值呈现单调减特征，因此这个峰值单调性特征可作为区分草地与普通地面的特征。

(4)如果采样信号f(n)不符合单调减规律，则判断为草地；否则，判断为非草地。

以采样信号f(n)的峰值单调性特征作为判断依据，判别当前位置是否为草地。