基于立體視覺的遮擋柑橘識別與空間匹配研究.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動力的成本也會迅速上升，勞動力匱乏也正將成為許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家共同面對的問題，目前機器人技術(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)機器人特定的工作環(huán)境不同，農(nóng)業(yè)機器人主要在自然場景下工作，要面對更為復(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間段不同，收獲期長，水果成本中人力成本的比例很高，因此水果采摘機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，機器人

2、在水果成熟度判別、視覺定位及機器手采摘操作方面遇到了很多的困難，影響了其實用化進程。本文以典型的圓形水果為研究對象，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)，研究自然場景下的成熟柑橘的識別和匹配方法，其中，著重對光照變化、存在輕微遮擋或部分粘連的情形進行了研究，為開發(fā)未來收獲機器人采摘柑橘進行前期視覺系統(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器人實用化的關(guān)鍵。 本研究的主要內(nèi)容和方法如下： 1．識別

3、 識別的目的是把成熟柑橘從背景中識別出來，為空間定位做準(zhǔn)備。本研究在對成熟柑橘、樹葉、樹枝等顏色信息提取分析的基礎(chǔ)上，對不同拍攝條件下的圖像利用RGB、HIS等不同顏色模型進行比較實驗，發(fā)現(xiàn)利用RGB系統(tǒng)中的色差分量2R-G-B進行Ostu法自適應(yīng)閾值分割的方法，可以快速、準(zhǔn)確識別柑橘。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圖像中的圓心坐標(biāo)、半徑等特征值，實驗表明識別正確率在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)，機器人就可以根據(jù)坐標(biāo)值，利用機械手或者采摘裝置進行采摘工作。本研究采用雙目立體視覺技術(shù)，利用三角形計算原理計算果實在世界坐標(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)進行相互制約的特征匹配策略，來實現(xiàn)左右兩幅圖像中對應(yīng)果實的唯一匹配，研究結(jié)果顯示正確匹配率達90％以上。最后對攝像機內(nèi)外部參數(shù)進行了標(biāo)定，利用激光測距儀進行了對比驗證，當(dāng)測量距離小于等于1.3m時，誤差基本上都在±4mm以內(nèi)。 通過研究，在成熟水果識別、匹配和定位方面取得了較大進展。系統(tǒng)能在溫室和野外光線變化較大的場合準(zhǔn)確識別果實，即使水果之間存在部分重疊和輕微遮擋時也能準(zhǔn)確識別與定位。本文的研究內(nèi)容對我國開