一种基于立体视觉的植物病斑定位获取技术研究
发布时间：2021-03-24 19:44
在目前的中国,近80%的施药作业仍采用将农药大范围喷洒在作物上的方式,农药利用率只有20%左右,其余的80%流失到土壤、水源中,造成了严重的浪费和环境污染,同时也会影响到农作物的销售、食用和出口。变量施药是一种新型的农药施用策略,它通过获取农田中不同区域的病害差异性信息,制定不同的施药处方,以达到即能够有效控制病虫害发展,又能保证生态环境、提高农药利用率的目的。为了最终实现较精准的对靶施药,本论文根据目前国内外在变量施药器械上的相关研究,结合实验室现有条件,提出了一种基于立体视觉的植物病斑定位获取技术,并根据该技术设计了相应的病害信息检测和对靶施药系统。该技术的工作方式如下：1)首先通过搭载在移动平台上的立体视觉单元,定位植株空间坐标。2)根据植株空间坐标,通过反向运动学求解得到搭载在平台上的机械臂伺服各关节变量,从而控制机械臂末端执行机构抵达相应空间位位姿。3)机械臂末端搭载CCD相机,采集清晰的植株病害信息图像,通过图像处理,获取叶片上病斑比例。4)根据病斑比例,得到相应的施药处方,并将施药处方传递给变量施药单元,由其完成变量喷施。本文主要的研究内容和成果如下：1)对本论文中提出的...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２四自由度机械臂实物??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?４Ｒ?ｒｏｂｏｔｉｃ?ａｒｍ??
算病斑所占比例，并以此确定施药量。??２．２．４变量施药单元??变量施药单元的结构如图２－４所示。单元中，药箱通过隔膜泵连接主管道，隔膜泵接??喷药装置变速箱，喷药装置变速箱接驱动喷药汽油机及喷药离合器，主管道上设置电动球??阀构成分路，一路连接进药管，一路连接回流管，回流管的另一端连接药箱，进药管连接??至位于机械臂末端的喷头。流量传感器和电磁阀设置于进药管分路上。单片机系统综合接??收到的施药信息及流量传感器信号控制电磁阀开启与关闭，实现精准施药。相邻的喷头间??设置导流板，调整导流板的角度可以相应地改变喷头的喷施范围。单片机系统釆用??ＡＴ８９Ｓ５２单片机，采用外接电源供电。??１???????计??Ｉｆ?＜－喷头?＜——电磁阀—单片机一算??１?机?????＞流量传感器???图２－４变量施药单元结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｖａｒｉａｎｔ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｕｎｉｔ??１０??
??相对另一台相机在世界坐标系中的相对位置，如图３－７所示。??Ｐ??／?ｊ平移ｒ?１?旋转及??０丨?０，??图３－７左右相机空间几何位置??Ｆｉｇｕｒｅ?３－７?Ｔｈｅ?ｓｐａｃｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｅｆｔ?ａｎｄ?ｒｉｇｈｔ?ｃａｍｅｒａｓ??空间中的任意一点尸，在左右相机的成像平面中都能找到对应的成像点。以左相机光??心０／为原点，点尸相对于光心０／的观察位置为Ｐ，，而相对于右相机光心ａ的观察位置为??Ｐｒ。该点的世界坐标与左右相机成像平面坐标的对应关系式为：??Ｐ．＝Ｒ，Ｐ?＋?Ｔ，??‘?（３－２４）??Ｐ＾＝Ｒ＾Ｐ＋ｌ??相应的从图３－７中可以看出，左右相机成像平面间的旋转矩阵ｉ？和平移向量Ｔ可以按??下式进行计算：??Ｒ?＝?Ｒ，Ｒ，Ｔ??（３－２５）??Ｔ?＝?Ｔ＾－ＲＴ，?、?）??利用前面所述的相机标定理论
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CLAHE的苹果树树枝迭代阈值分割方法研究[J]. 姬伟,陶云,赵德安,杨俊,丁世宏. 农业机械学报. 2014(04)
[2]一种混联喷雾机械臂视觉定位系统设计[J]. 刘涛,宗哲英,张宾. 农机化研究. 2014(04)
[3]基于OpenCV的双目测距系统[J]. 王浩,许志闻,谢坤,李杰,宋成璐. 吉林大学学报(信息科学版). 2014(02)
[4]双目视觉在移动机器人定位中的应用[J]. 王殿君. 中国机械工程. 2013(09)
[5]基于Otsu准则和直线截距直方图的阈值分割[J]. 何志勇,孙立宁,黄伟国,陈立国. 光学精密工程. 2012(10)
[6]基于置信传播的立体匹配并行算法[J]. 周自维,樊继壮,赵杰,刘晓丽. 光学精密工程. 2011(11)
[7]风送静电喷雾系统的雾化装置设计及流场分析[J]. 茹煜,贾志成,吴胜利,吴小伟,范庆妮. 农机化研究. 2011(03)
[8]温室黄瓜病害对靶施药机器人设计[J]. 耿长兴,张俊雄,曹峥勇,李伟. 农业机械学报. 2011(01)
[9]影响农药利用率的相关因素分析及改进措施[J]. 洪晓燕,张天栋. 中国森林病虫. 2010(05)
[10]结构光测量技术中的投影仪标定算法[J]. 李中伟,史玉升,钟凯,王从军. 光学学报. 2009(11)
博士论文
[1]智能对靶喷雾机软件系统设计与集成研究[D]. 胡天翔.南京林业大学 2009
硕士论文
[1]灰度图像的直方图均衡化处理研究[D]. 陈永亮.安徽大学 2014
[2]基于双目视觉的机械臂伺服系统的研究[D]. 王鹏月.内蒙古科技大学 2013
[3]基于图像处理的黄瓜叶部病害识别研究[D]. 李旺.湖南农业大学 2013
[4]基于双目立体视觉的相位匹配算法研究[D]. 胡海.中南大学 2013
[5]结构光投影三维轮廓测量系统的标定[D]. 符红.浙江大学 2013
[6]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[7]农药变量施药控制系统研究[D]. 王锦江.中国农业机械化科学研究院 2007
[8]基于数学形态学的图像处理算法的研究[D]. 文华.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于机器视觉的室内模拟农药精确对靶施用系统研究[D]. 葛玉峰.南京林业大学 2003
[10]基于双目立体视觉的计算机三维重建[D]. 段华.南京航空航天大学 2003
本文编号：3098283
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２四自由度机械臂实物??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?４Ｒ?ｒｏｂｏｔｉｃ?ａｒｍ??
算病斑所占比例，并以此确定施药量。??２．２．４变量施药单元??变量施药单元的结构如图２－４所示。单元中，药箱通过隔膜泵连接主管道，隔膜泵接??喷药装置变速箱，喷药装置变速箱接驱动喷药汽油机及喷药离合器，主管道上设置电动球??阀构成分路，一路连接进药管，一路连接回流管，回流管的另一端连接药箱，进药管连接??至位于机械臂末端的喷头。流量传感器和电磁阀设置于进药管分路上。单片机系统综合接??收到的施药信息及流量传感器信号控制电磁阀开启与关闭，实现精准施药。相邻的喷头间??设置导流板，调整导流板的角度可以相应地改变喷头的喷施范围。单片机系统釆用??ＡＴ８９Ｓ５２单片机，采用外接电源供电。??１???????计??Ｉｆ?＜－喷头?＜——电磁阀—单片机一算??１?机?????＞流量传感器???图２－４变量施药单元结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｖａｒｉａｎｔ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｕｎｉｔ??１０??
??相对另一台相机在世界坐标系中的相对位置，如图３－７所示。??Ｐ??／?ｊ平移ｒ?１?旋转及??０丨?０，??图３－７左右相机空间几何位置??Ｆｉｇｕｒｅ?３－７?Ｔｈｅ?ｓｐａｃｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｅｆｔ?ａｎｄ?ｒｉｇｈｔ?ｃａｍｅｒａｓ??空间中的任意一点尸，在左右相机的成像平面中都能找到对应的成像点。以左相机光??心０／为原点，点尸相对于光心０／的观察位置为Ｐ，，而相对于右相机光心ａ的观察位置为??Ｐｒ。该点的世界坐标与左右相机成像平面坐标的对应关系式为：??Ｐ．＝Ｒ，Ｐ?＋?Ｔ，??‘?（３－２４）??Ｐ＾＝Ｒ＾Ｐ＋ｌ??相应的从图３－７中可以看出，左右相机成像平面间的旋转矩阵ｉ？和平移向量Ｔ可以按??下式进行计算：??Ｒ?＝?Ｒ，Ｒ，Ｔ??（３－２５）??Ｔ?＝?Ｔ＾－ＲＴ，?、?）??利用前面所述的相机标定理论
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CLAHE的苹果树树枝迭代阈值分割方法研究[J]. 姬伟,陶云,赵德安,杨俊,丁世宏. 农业机械学报. 2014(04)
[2]一种混联喷雾机械臂视觉定位系统设计[J]. 刘涛,宗哲英,张宾. 农机化研究. 2014(04)
[3]基于OpenCV的双目测距系统[J]. 王浩,许志闻,谢坤,李杰,宋成璐. 吉林大学学报(信息科学版). 2014(02)
[4]双目视觉在移动机器人定位中的应用[J]. 王殿君. 中国机械工程. 2013(09)
[5]基于Otsu准则和直线截距直方图的阈值分割[J]. 何志勇,孙立宁,黄伟国,陈立国. 光学精密工程. 2012(10)
[6]基于置信传播的立体匹配并行算法[J]. 周自维,樊继壮,赵杰,刘晓丽. 光学精密工程. 2011(11)
[7]风送静电喷雾系统的雾化装置设计及流场分析[J]. 茹煜,贾志成,吴胜利,吴小伟,范庆妮. 农机化研究. 2011(03)
[8]温室黄瓜病害对靶施药机器人设计[J]. 耿长兴,张俊雄,曹峥勇,李伟. 农业机械学报. 2011(01)
[9]影响农药利用率的相关因素分析及改进措施[J]. 洪晓燕,张天栋. 中国森林病虫. 2010(05)
[10]结构光测量技术中的投影仪标定算法[J]. 李中伟,史玉升,钟凯,王从军. 光学学报. 2009(11)
博士论文
[1]智能对靶喷雾机软件系统设计与集成研究[D]. 胡天翔.南京林业大学 2009
硕士论文
[1]灰度图像的直方图均衡化处理研究[D]. 陈永亮.安徽大学 2014
[2]基于双目视觉的机械臂伺服系统的研究[D]. 王鹏月.内蒙古科技大学 2013
[3]基于图像处理的黄瓜叶部病害识别研究[D]. 李旺.湖南农业大学 2013
[4]基于双目立体视觉的相位匹配算法研究[D]. 胡海.中南大学 2013
[5]结构光投影三维轮廓测量系统的标定[D]. 符红.浙江大学 2013
[6]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[7]农药变量施药控制系统研究[D]. 王锦江.中国农业机械化科学研究院 2007
[8]基于数学形态学的图像处理算法的研究[D]. 文华.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于机器视觉的室内模拟农药精确对靶施用系统研究[D]. 葛玉峰.南京林业大学 2003
[10]基于双目立体视觉的计算机三维重建[D]. 段华.南京航空航天大学 2003
本文编号：3098283
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