基于機(jī)器視覺(jué)的樹(shù)上柑桔識(shí)別方法研究.pdf

1、水果收獲機(jī)器人在日本、歐美等國(guó)家已進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的研究.任何一種水果收獲機(jī)器人的正常工作均有賴(lài)于對(duì)作業(yè)對(duì)象的正確識(shí)別,因而要實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)器人對(duì)水果的收獲,關(guān)鍵是要從果樹(shù)中識(shí)別出水果并確定水果的準(zhǔn)確空間位置.在該課題的研究中,提出了基于彩色信息和紅外熱成像技術(shù)的兩種不同的樹(shù)上水果識(shí)別方法,并用于樹(shù)上柑桔的識(shí)別試驗(yàn).主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:在利用顏色特征進(jìn)行樹(shù)上水果識(shí)別研究中,對(duì)實(shí)時(shí)采集的53幅含有各種背景情況的可見(jiàn)光彩色圖像進(jìn)行顏色成分

2、(R、G、B)的提取,并對(duì)果實(shí)、樹(shù)葉、樹(shù)枝進(jìn)行了顏色特征比較與分析.研究發(fā)現(xiàn)水果、樹(shù)葉、樹(shù)枝三者間的R與G的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值基本上分布在45°對(duì)角線上;樹(shù)葉、樹(shù)枝的G與B和R與B的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值分布在或接近于45°對(duì)角線上,而水果的G與B和R與B的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值偏離45°對(duì)角線,分布在45°對(duì)角線下方,且果實(shí)的R-B的平均差值比G-B的平均差值要大.提出了基于顏色指標(biāo)的識(shí)別模型,根據(jù)圖像特征動(dòng)態(tài)產(chǎn)生閾值T,如果(R-B)>T,則該像素屬于果實(shí),否則屬

3、于背景,并用VB6.0開(kāi)發(fā)了樹(shù)上果實(shí)識(shí)別軟件,進(jìn)行識(shí)別試驗(yàn).分別在順光條件和背光條件下進(jìn)行了試驗(yàn)分析,結(jié)果表明該識(shí)別模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)上可見(jiàn)的柑桔的識(shí)別,并適用于單個(gè)和多個(gè)果實(shí)的識(shí)別,識(shí)別率為100％,但在順光條件下,當(dāng)背景(雜草)反射光較強(qiáng)時(shí),則存在混淆區(qū)域.在利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行樹(shù)上水果識(shí)別研究中,認(rèn)真研究了紅外熱成像的基本原理,利用自然界中物體都存在熱輻射的現(xiàn)象,由于熱輻射不同,會(huì)在紅外熱圖像中體現(xiàn)出現(xiàn)溫度或灰度不同的特點(diǎn),提出了

4、新的方法進(jìn)行樹(shù)上果實(shí)識(shí)別的嘗試性試驗(yàn).該試驗(yàn)在三種條件下進(jìn)行:試驗(yàn)A:2002年10月12日,下午15:17;環(huán)境條件:濕度48％、溫度21.7℃.試驗(yàn)B:2003年11月23日,晚上20:40;環(huán)境條件:濕度78.6％、溫度14.9℃.試驗(yàn)C:2003年11月27日,上午10:20;環(huán)境條件:濕度76.1％、溫度12.2℃.通過(guò)對(duì)由試驗(yàn)A獲取的紅外熱圖像進(jìn)行分析,果實(shí)與樹(shù)葉的平均溫差較大,△T=1.8℃;果實(shí)與樹(shù)枝的平均溫差較小,△T

5、=0.6℃.而果實(shí)與樹(shù)葉的平均灰度差較大,△I=95;果實(shí)與樹(shù)枝的平均灰度差為△l=37.通過(guò)分析提出了用小波多尺度變換進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的方法,研究發(fā)現(xiàn)用提取一定尺度下的模值圖可有效地進(jìn)行果實(shí)與背景的分割.用該方法可以較好地識(shí)別順光條件下采集的紅外熱圖像中的果實(shí),而在背光條件下,由于位于樹(shù)冠邊緣的樹(shù)葉反射光較強(qiáng)或穿過(guò)樹(shù)冠的光使周?chē)臉?shù)葉光反射較強(qiáng),使果實(shí)在紅外熱圖像中的溫度或灰度低于反射光強(qiáng)的樹(shù)葉等部分,則不能識(shí)別.經(jīng)研究認(rèn)為可以根據(jù)柑桔與