基于立體視覺的遮擋柑橘識(shí)別與空間匹配研究.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的成本也會(huì)迅速上升，勞動(dòng)力匱乏也正將成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家共同面對(duì)的問題，目前機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用研究越來越成為熱門課題，與工業(yè)機(jī)器人特定的工作環(huán)境不同，農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要在自然場(chǎng)景下工作，要面對(duì)更為復(fù)雜多變的情況，有更多的問題需要解決。 由于同一株作物上水果成熟的時(shí)間段不同，收獲期長(zhǎng)，水果成本中人力成本的比例很高，因此水果采摘機(jī)器人的研究近年來得到廣泛的關(guān)注。但由于自然環(huán)境的復(fù)雜性，機(jī)器人

2、在水果成熟度判別、視覺定位及機(jī)器手采摘操作方面遇到了很多的困難，影響了其實(shí)用化進(jìn)程。本文以典型的圓形水果為研究對(duì)象，選擇顏色有明顯特征的柑橘為例，利用雙目立體視覺技術(shù)，研究自然場(chǎng)景下的成熟柑橘的識(shí)別和匹配方法，其中，著重對(duì)光照變化、存在輕微遮擋或部分粘連的情形進(jìn)行了研究，為開發(fā)未來收獲機(jī)器人采摘柑橘進(jìn)行前期視覺系統(tǒng)方面的準(zhǔn)備工作，這部分相關(guān)的研究也是水果收獲機(jī)器人實(shí)用化的關(guān)鍵。 本研究的主要內(nèi)容和方法如下： 1．識(shí)別

3、 識(shí)別的目的是把成熟柑橘?gòu)谋尘爸凶R(shí)別出來，為空間定位做準(zhǔn)備。本研究在對(duì)成熟柑橘、樹葉、樹枝等顏色信息提取分析的基礎(chǔ)上，對(duì)不同拍攝條件下的圖像利用RGB、HIS等不同顏色模型進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用RGB系統(tǒng)中的色差分量2R-G-B進(jìn)行Ostu法自適應(yīng)閾值分割的方法，可以快速、準(zhǔn)確識(shí)別柑橘。將區(qū)域分割后的彩色圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，經(jīng)過形態(tài)學(xué)運(yùn)算消除噪聲，標(biāo)記區(qū)域，根據(jù)區(qū)域面積和區(qū)域最小外接矩形長(zhǎng)寬比設(shè)定閾值，去除小塊及非類圓形干擾區(qū)域，然

4、后進(jìn)行區(qū)域填充、輪廓提取，并采用優(yōu)化圓形Hough變換擬合出成熟果實(shí)圖像中的圓心坐標(biāo)、半徑等特征值，實(shí)驗(yàn)表明識(shí)別正確率在95％以上。 2．匹配 匹配的最終目的是確定柑橘的空間三維坐標(biāo)，只要確定了柑橘的空間坐標(biāo)，機(jī)器人就可以根據(jù)坐標(biāo)值，利用機(jī)械手或者采摘裝置進(jìn)行采摘工作。本研究采用雙目立體視覺技術(shù)，利用三角形計(jì)算原理計(jì)算果實(shí)在世界坐標(biāo)系中的位置信息，采用極線約束和保序性約束，提出了一種過重心和擬合圓心兩種情況下基于面積、灰

5、度和灰度均方差等參數(shù)進(jìn)行相互制約的特征匹配策略，來實(shí)現(xiàn)左右兩幅圖像中對(duì)應(yīng)果實(shí)的唯一匹配，研究結(jié)果顯示正確匹配率達(dá)90％以上。最后對(duì)攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，利用激光測(cè)距儀進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，當(dāng)測(cè)量距離小于等于1.3m時(shí)，誤差基本上都在±4mm以內(nèi)。 通過研究，在成熟水果識(shí)別、匹配和定位方面取得了較大進(jìn)展。系統(tǒng)能在溫室和野外光線變化較大的場(chǎng)合準(zhǔn)確識(shí)別果實(shí)，即使水果之間存在部分重疊和輕微遮擋時(shí)也能準(zhǔn)確識(shí)別與定位。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)我國(guó)開