柑橘采摘机器人重叠果实分割与定位方法研究

发布时间：2020-04-02 11:01

【摘要】：柑橘是我国广泛种植的水果之一,也是世界贸易量较大的一种水果。目前,柑橘采摘主要以人工方式为主,存在季节性突出、劳动强度大、成本高等问题。采摘机器人可有效减轻人工作业强度、降低生产成本,但自然环境下重叠果实的精准识别是智能采摘面临的难题之一,因此,面向柑橘采摘机器人开展重叠果实的识别和定位技术研究具有重要意义。本论文依托重庆市重点产业共性关键技术创新专项项目,以自主研制的柑橘采摘机器人本体为平台,基于双目立体视觉技术开展针对自然环境下无遮挡重叠柑橘、被树叶部分遮挡重叠柑橘的识别和定位技术研究。论文主要研究工作包括:1、双目立体视觉系统的搭建与标定。搭建了柑橘采摘机器人双目立体视觉系统,并对双目相机进行了标定。结果表明:左相机在x,y方向上的误差分别为0.29743、0.25099个像素;右相机在x,y方向上的误差分别为0.30286、0.25288个像素,满足精度要求。2、重叠柑橘的分割与识别。结合Lab和HSV颜色空间,基于颜色特征实现了对图像中柑橘区域的准确提取。在自然环境下,针对无遮挡重叠柑橘,提出了一种基于凹区域简化和距离分析的果实分割方法,针对被树叶部分遮挡的重叠柑橘,提出了一种基于轮廓曲率和距离分析的果实分割方法,实现了重叠果实的有效分割,并结合最小二乘椭圆拟合和圆拟合的方法进行了轮廓重建。在此基础上,开展了户外果园环境下重叠柑橘的分割、重建实验,并通过轮廓重建误差、不重合度和重建时间等三个指标对比分析了本文方法、RANSAC算法和Hough变换算法的分割、重构效果及效率。结果显示:基于本文方法所得到的评价指标最优,这表明本文针对无遮挡、被树叶部分遮挡的重叠柑橘所提出的果实分割方法是有效的、可行的。3、重叠柑橘的三维空间定位。采用SURF算法对重叠柑橘图像进行了特征点提取,并结合SSD算法、RANSAC算法和极线约束完成了特征点匹配;在此基础上,确定了重叠柑橘果实中心的三维空间坐标,对重叠柑橘以果实中心深度值大小为判断依据,确定了重叠柑橘的遮挡关系,并对重叠柑橘中心深度进行了户外测量对比实验。结果表明:本文方法测量的平均误差约6.38mm,满足户外空间定位需求。4、柑橘机器人双目立体视觉系统的软件界面设计与实现。在Qt5.8.0软件编译环境中,结合OpenCV3.10图像处理库,完成了柑橘采摘机器人视觉系统的软件界面设计,实现了相关模块功能的可视化。
【图文】：

图 1.1 重叠染色体分割 图 1.2 重叠细胞分割在农业生产领域：Hannan M W 等[13]经过多次实验，提出了基于区域标记、割、边缘检测和直径提取的立体视觉匹配算法，可以对不同光照条件和遮挡下

图 1.1 重叠染色体分割 图 1.2 重叠细胞分割在农业生产领域：Hannan M W 等[13]经过多次实验，提出了基于区域标记、割、边缘检测和直径提取的立体视觉匹配算法，可以对不同光照条件和遮挡下
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;S225

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本文编号：2611863