自然場景下成熟蘋果目標(biāo)的識(shí)別及其定位技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正朝著規(guī)模、多樣、精確化的方向發(fā)展,勞動(dòng)力成本迅速上升,同時(shí)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力資源也逐漸向其它社會(huì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,并且在不久的將來人口老齡化問題也日漸突出,所以農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)需要。目前,國內(nèi)和國外關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀,最集中的領(lǐng)域是果蔬采摘機(jī)器人的研究。本課題以陜西渭北高原的蘋果品系為對(duì)象,研究雙目立體視覺下自然場景中成熟蘋果的識(shí)別和定位問題。
　　 自然環(huán)境條件下,在理解成熟蘋果目標(biāo)、樹葉和樹枝

2、等背景顏色信息的基礎(chǔ)上,對(duì)拍攝的圖片在RGB、HSV、HIS三種顏色模型中各個(gè)分量及其直方圖進(jìn)行分析比較,并對(duì)RGB顏色空間各分量進(jìn)行色差運(yùn)算,最后選擇直方圖呈現(xiàn)單峰分布的R-G色差圖作為后續(xù)的圖像分割。通過RGB原圖和R-G色差分量圖邊緣檢測(cè)的比較,可以明顯地觀察到,R-G色差分量圖像“漏檢”了蘋果背景,保留了蘋果目標(biāo),進(jìn)一步印證了前期圖像預(yù)處理的方法是合理和和正確的選擇。
　　 為了實(shí)現(xiàn)蘋果目標(biāo)的分割,本文應(yīng)用三種閾值分割方

3、法,經(jīng)比較,選擇OTSU法進(jìn)行圖像分割,并引入類平均方差,對(duì)OTSU法進(jìn)行改進(jìn)。通過改進(jìn)OTSU法與傳統(tǒng)OTSU法比較,改進(jìn)法具有更好的自適應(yīng)性和抗噪性,從分割效果映射圖可以看出,該方法較為完整地保留了蘋果的輪廓信息。利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕和膨脹運(yùn)算,以消除孤立點(diǎn)和毛刺等。
　　 在對(duì)圖像分割后的二值圖像區(qū)域標(biāo)記后,提取統(tǒng)計(jì)數(shù)量值和二值圖像連通區(qū)域的面積、周長、圓度和質(zhì)心等相關(guān)特征量,并對(duì)其在識(shí)別和定位研究中的作用進(jìn)行說

4、明和討論。統(tǒng)計(jì)數(shù)量值用于調(diào)整采摘機(jī)器人姿態(tài),確保其準(zhǔn)確抓取蘋果目標(biāo)和統(tǒng)計(jì)識(shí)別率;面積和圓度兩個(gè)特征量的結(jié)合為保證機(jī)器人在可控范圍之內(nèi),機(jī)械手每次能夠抓取唯一的最佳蘋果目標(biāo)提供了重要的判斷依據(jù);質(zhì)心可作為立體匹配中特征匹配點(diǎn)。最后,統(tǒng)計(jì)總識(shí)別率為89.9%。
　　 蘋果目標(biāo)空間匹配和定位的實(shí)現(xiàn),采用張正友相機(jī)標(biāo)定兩步法對(duì)左右兩相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。本文提出一種基于質(zhì)心、果梗、標(biāo)記點(diǎn)的雙目立體視覺測(cè)距方法,即采用質(zhì)心、果梗、標(biāo)記點(diǎn)作為特征匹