YU Zhongyi1, WANG Hongyu2, HE Xiongkui1(), ZHAO Lei2, WANG Yuanyuan2, SUN Hai2(
)
Received:
2024-09-29
Online:
2025-04-29
Foundation items:
About author:
YU Zhongyi, E-mail: yuzhongyi6@cau.edu.cn
WANG Hongyu, E-mail: wanghy_1994@163.com
corresponding author:
CLC Number:
YU Zhongyi, WANG Hongyu, HE Xiongkui, ZHAO Lei, WANG Yuanyuan, SUN Hai. Key Technologies and Prospects of Laser Weeding Robots[J]. Smart Agriculture, doi: 10.12133/j.smartag.SA202410031.
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URL: https://www.smartag.net.cn/EN/10.12133/j.smartag.SA202410031
Table 1
Classification and advantages and disadvantages of field weed identification technology
杂草识别技术 | 原理 | 优点 | 缺点 |
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机器视觉技术 | 通过实时采集、处理、分析图像完成杂草和作物的识别和定位,可结合人工智能、杂草生物学、形态学特征进行识别和管理 | 可进行实时识别杂草图像,作业精度高、灵活性强、无接触识别且成本低,符合激光除草要求 | 采集的信息易受环境、机具影响,数据采集样本多,对激光除草设备稳定性要求高 |
光谱分析技术 | 一定光谱波段内利用农田作物、杂草、土壤等背景产生的电磁辐射反射率不同进行识别 | 识别迅速,不会对农田环境造成污染、破坏 | 光谱在农田作业时易受光照影响,波段识别精度低、易受干扰,激光除草精度不高 |
遥感识别技术 | 运用遥感图像进行杂草识别的技术,通过向靶标发射电磁波、红外线、可见光等并根据反射的作物、杂草位置信息进行判断 | 测量范围广,能够快速识别田间杂草 | 遥感图像分辨率不高,只能识别个体较大的杂草,激光除草识别率低,无法准确识别定位杂草 |
激光传感技术 | 通过X-射线、激光对射传感器等 | 成本低、操作方便、系统简单 | 精度低、受作物杂草的大小密度影响,难以做到激光精准除草 |
Table 2
Classification, advantages and disadvantages of field weed location technology
杂草定位技术 | 原理 | 优点 | 缺点 |
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静态定位 | 依赖外部基准或预先部署的基础设施(如卫星信号、固定标志物或物理轨道)实现杂草位置的精准确定,其核心是利用预先建立的坐标系统或基础设施完成绝对或相对定位 | 定位精度较高(厘米级),无需复杂环境建模,系统成本较低,抗干扰能力较强等 | 依赖卫星信号或固定基础,环境适应性差,动态障碍物处理能力弱,路径灵活性受限等 |
自主定位 | 通过多模态传感器实时感知环境,结合SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)算法和惯性导航,在无需外部基准的情况下动态构建地图并估计自身位置 | 无需外部基础设施,适应复杂动态环境,路径规划灵活,具备障碍物规避能力等 | 计算资源需求高,存在累积误差(需定期校准),复杂场景下精度下降(如杂草遮挡),系统成本较高等 |
双目视觉定位 | 基于计算机的模仿人类双眼的视觉系统,通过使用两个摄像头从不同角度获取同一物体的图像,来计算物体在三维空间中的位置和姿态,包括图像获取、特征提取、立体匹配和深度计算等 | 非接触式测量,定位精度较高,获取三维结构、视觉信息全面,实时性较好,尤其在机器人实时避障、动态目标跟踪等方面 | 对环境要求较高,定位精度易受影响,视场范围受限,计算量大,系统标定复杂等 |
结构光定位 | 一种常用的三维视觉测量技术,通过向物体表面投射特定的结构光图案,然后分析反射光来获取物体的三维信息,包括结构光投射、图像采集、分析及解码 | 测量精度高、速度快,可同时获取区域三维模型信息,减少测量误差,对环境光干扰抵抗力较好 | 对物体表面材质要求高,测量范围有限,系统复杂且成本高,不适用于动态测量 |
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