苹果采摘机器人重叠果实快速动态识别及定位研究

发布时间：2021-06-24 19:18

　　在我国,果蔬采摘作业很大程度上仍然依靠人工完成,然而,随着农村人口不断减少,人口老龄化日益严重,此外部分果蔬采摘期短,需集中作业,使得农业劳动力愈发不足。因此,开展果蔬采摘机器人研究,实现果蔬自动化采摘迫在眉睫。视觉系统作为采摘机器人的核心部分,对机器人能否顺利采摘果实有着至关重要的影响。本文在国家自然科学基金“基于快速视觉伺服控制的多照度环境苹果高效机器采摘方法研究（31571571）”项目和教育部博士点专项基金“苹果采摘机器人常见生长形态果实自适应精确识别研究（20133227110024）”的资助下,以果园中的重叠苹果为研究对象,重点研究重叠苹果的快速动态识别以及定位,主要涵盖如下内容:1、重叠苹果图像去噪与颜色特征分析。由于多种因素的存在,从果园中现场采集的图像通常会含有一定的噪声,对后续图像识别造成干扰,因此,图像去噪是目标果实识别的第一步。本文采用彩色图像邻域平均法以及中值滤波法去除图像中的噪声,然后对去噪之后的低噪图像进行颜色特征分析,为图像分割奠定基础。2、重叠苹果图像分割以及完善。分割是识别的基础,本文对比了三种基于阈值的图像分割方法,最后选用改进的R-G色差分割算法... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 果蔬采摘机器人视觉系统研究现状
        1.2.1 单目视觉研究现状
        1.2.2 双目视觉研究现状
        1.2.3 重叠果实识别研究现状
        1.2.4 动态识别研究现状
    1.3 果蔬采摘机器人视觉系统目前存在问题
    1.4 本文主要研究内容
第二章 重叠苹果图像预处理
    2.1 苹果图像平滑算法研究
        2.1.1 彩色图像邻域平均法
        2.1.2 彩色图像中值滤波法
    2.2 图像颜色空间选择
        2.2.1 RGB颜色空间
        2.2.2 HSI颜色空间
        2.2.3 CMY与CMYK颜色空间
        2.2.4 XYZ与Lab颜色空间
    2.3 本章小结
第三章 重叠苹果快速动态识别研究
    3.1 重叠苹果快速动态识别方法
    3.2 图像分割
        3.2.1 直方图阈值法
        3.2.2 最大类间方差法
        3.2.3 改进的R-G色差分割算法
    3.3 分割后图像去噪
        3.3.1 数学形态学应用
            3.3.1.1 腐蚀与膨胀
            3.3.1.2 开运算与闭运算
        3.3.2 孔洞填充
        3.3.3 阈值面积保留法
    3.4 重叠苹果匹配模板快速提取
        3.4.1 确定重叠苹果圆心
        3.4.2 确定重叠苹果半径
        3.4.3 模板提取
    3.5 重叠苹果快速动态识别
        3.5.1 机器人运动路径预判
        3.5.2 快速归一化互相关匹配
    3.6 本章小结
第四章 重叠苹果定位研究
    4.1 双目立体视觉系统
        4.1.1 双目立体视觉原理
        4.1.2 双目立体视觉系统设计
    4.2 摄像机标定
        4.2.1 常用坐标系说明
        4.2.2 摄像机标定方法
        4.2.3 摄像机标定实验
    4.3 重叠苹果立体匹配
        4.3.1 基于区域的立体匹配
        4.3.2 基于特征的立体匹配
    4.4 重叠苹果深度信息获取
    4.5 本章小结
第五章 实验结果与讨论
    5.1 重叠苹果快速动态识别实验
        5.1.1 实验结果
        5.1.2 实验结果分析
    5.2 重叠苹果定位实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
硕士期间的主要成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]融合Harris与SIFT算法的荔枝采摘点计算与立体匹配[J]. 郭艾侠,熊俊涛,肖德琴,邹湘军.  农业机械学报. 2015(12)
[2]基于单目视觉与超声检测的振荡果实采摘识别与定位[J]. 李国利,姬长英,顾宝兴.  农业机械学报. 2015(11)
[3]我国苹果产业的格局和发展建议[J]. 杨杰.  中国果菜. 2015(06)
[4]融合K-means与Ncut算法的无遮挡双重叠苹果目标分割与重建[J]. 王丹丹,徐越,宋怀波,何东健,张海辉.  农业工程学报. 2015(10)
[5]苹果采摘机器人夜间识别方法[J]. 赵德安,刘晓洋,陈玉,姬伟,贾伟宽,胡婵莉.  农业机械学报. 2015(03)
[6]苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J]. 赵德安,沈甜,陈玉,贾伟宽.  农业工程学报. 2015(02)
[7]我国苹果产业发展分析与建议[J]. 李志霞,聂继云,李静,徐国锋,李海飞,闫震,毋永龙,匡立学.  中国果树. 2014(05)
[8]蔬菜机械化收获技术及其发展![J]. 王俊,杜冬冬,胡金冰,朱建锡.  农业机械学报. 2014(02)
[9]苹果采摘机器人目标果实快速跟踪识别方法[J]. 吕继东,赵德安,姬伟.  农业机械学报. 2014(01)
[10]基于凸壳的重叠苹果目标分割与重建算法[J]. 宋怀波,张传栋,潘景朋,阴煦,庄伊斌.  农业工程学报. 2013(03)

博士论文
[1]采摘机器人图像处理系统中的关键算法研究[D]. 谢忠红.南京农业大学 2013
[2]苹果采摘机器人视觉测量与避障控制研究[D]. 吕继东.江苏大学 2012

硕士论文
[1]苹果采摘机器人视觉系统技术基础研究[D]. 丁乙.燕山大学 2014
[2]基于双目立体视觉的数字图像区域匹配算法研究[D]. 陈辰.上海师范大学 2013
[3]基于双目视觉的黄瓜采摘机器人关键技术的研究[D]. 金理钻.上海交通大学 2013
[4]采棉机器人视觉系统的关键技术研究[D]. 刘金帅.新疆大学 2012



本文编号：3247685