本文選題：獼猴桃采摘機器人 + 圖像處理　； 參考：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：中國是世界上獼猴桃種植面積最大、產(chǎn)量最高的國家。獼猴桃果實營養(yǎng)豐富,附加值高。但是目前獼猴桃果實主要依靠人工采摘,存在著采摘時間集中、勞動強度大等問題。隨著科技的進步,使用采摘機器人代替人工作業(yè)將成為可能。獲取目標(biāo)果實的空間坐標(biāo)是采摘機器人采摘作業(yè)的先決條件,也是采摘作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。機器視覺系統(tǒng)的作用就是從包含枝葉等干擾物的圖像中識別果實,實現(xiàn)對果實的精確定位,在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)執(zhí)行機構(gòu)對果實的采摘。相比于工業(yè)機器人,農(nóng)業(yè)機器人由于工作環(huán)境變化大、干擾因素多,因此對果實識別、空間坐標(biāo)獲取等作業(yè)內(nèi)容具有更高的要求。因此,研究獼猴桃采摘機器人目標(biāo)果實空間坐標(biāo)的獲取方法具有重要的生產(chǎn)實際意義和科學(xué)研究價值。本文以棚架式栽培模式的簇生“海沃德”獼猴桃果實為研究對象,圍繞著目標(biāo)果實空間坐標(biāo)的的獲取進行了相關(guān)研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)獼猴桃果實的識別。目標(biāo)果實的準(zhǔn)確識別是采摘機器人作業(yè)的先決條件,識別效果與識別方法也在一定程度上決定著采摘機器人的形態(tài)與工作效率。本文實際調(diào)研了西北農(nóng)林科技大學(xué)眉縣獼猴桃試驗站,分析了獼猴桃果樹棚架式栽培模式和簇生“海沃德”果實顏色特征、生長特點,并以此為依據(jù),確定了獼猴桃采摘機器人的總體方案與果實識別方法。從底部識別目標(biāo)果實具有背景簡單、干擾因素少,一次識別順序采摘等優(yōu)點。在此前提下通過對果實圖像進行分析,確定了使用1.1R-G色差法分割圖像,經(jīng)過一系列的圖像處理與特征提取,最終得到果實特征點像素坐標(biāo)的圖像處理方法。試驗表明,該方法識別獼猴桃果實的成功率為89.5%。(2)人工補光方法的研究。為了滿足獼猴桃采摘機器人全天候作業(yè)的需要,研究了夜間使用LED補光燈人工補光的方法。通過采集不同光照強度下的果實圖像,進行閾值化處理,與手工分割的圖像對比,確定最佳的光照強度。通過試驗分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)光照強度在30-50 lux之間,1.1R-G色差法對夜間圖像的分割效果最好。在此條件下果實識別的成功率為92.2%。(3)研究坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是空間坐標(biāo)獲取的中間環(huán)節(jié),連接著圖像處理與Kinect傳感器空間坐標(biāo)。通過分析微軟相機圖像和Kinect傳感器圖像的像素坐標(biāo)之間的關(guān)系,建立微軟相機圖像像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為Kinect傳感器圖像像素坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上得到獼猴桃果實特征點的空間坐標(biāo)。試驗證明,該數(shù)學(xué)模型能夠精確的進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。(4)空間坐標(biāo)獲取。目標(biāo)果實空間坐標(biāo)的獲取是視覺系統(tǒng)的最終目標(biāo)。為了完成該目標(biāo),首先分析了Kinect傳感器的工作范圍和工作原理。然后使用Visual Studio 2010編寫Kinect傳感器坐標(biāo)獲取程序。最后進行了空間坐標(biāo)精度獲取試驗,試驗結(jié)果表明,空間坐標(biāo)的誤差小于3mm。(5)獼猴桃采摘機器人采摘評價試驗。將研究結(jié)果結(jié)合已有的采摘機器人樣機進行了日間和夜間果實采摘試驗。兩個采摘評價試驗結(jié)果表明,研究的圖像識別放方法能夠準(zhǔn)確的提取獼猴桃果實特征、得到果實特征點的像素坐標(biāo);空間坐標(biāo)獲取方法滿足采摘機器人的作業(yè)需求;人工補光方法可以滿足夜間圖像識別和機器人夜間工作的需要。
[Abstract]:Based on the analysis of fruit images , this paper studies the method of picking robot ' s spatial coordinates , which is a prerequisite for picking robot . It is also a key technique for picking robot . ( 4 ) The acquisition of spatial coordinates is the ultimate goal of visual system . In order to accomplish this goal , the working range and working principle of Kinect sensor are analyzed firstly . The results of the experiment show that the error of spatial coordinates is less than 3mm .
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S225.93;TP242

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本文編號：2095469