本文選題：獼猴桃采摘機(jī)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(guó)是世界上獼猴桃種植面積最大、產(chǎn)量最高的國(guó)家。獼猴桃果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富,附加值高。但是目前獼猴桃果實(shí)主要依靠人工采摘,存在著采摘時(shí)間集中、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。隨著科技的進(jìn)步,使用采摘機(jī)器人代替人工作業(yè)將成為可能。獲取目標(biāo)果實(shí)的空間坐標(biāo)是采摘機(jī)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的作用就是從包含枝葉等干擾物的圖像中識(shí)別果實(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)果實(shí)的精確定位,在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)果實(shí)的采摘。相比于工業(yè)機(jī)器人,農(nóng)業(yè)機(jī)器人由于工作環(huán)境變化大、干擾因素多,因此對(duì)果實(shí)識(shí)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(jī)器人目標(biāo)果實(shí)空間坐標(biāo)的獲取方法具有重要的生產(chǎn)實(shí)際意義和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。本文以棚架式栽培模式的簇生“海沃德”獼猴桃果實(shí)為研究對(duì)象,圍繞著目標(biāo)果實(shí)空間坐標(biāo)的的獲取進(jìn)行了相關(guān)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)獼猴桃果實(shí)的識(shí)別。目標(biāo)果實(shí)的準(zhǔn)確識(shí)別是采摘機(jī)器人作業(yè)的先決條件,識(shí)別效果與識(shí)別方法也在一定程度上決定著采摘機(jī)器人的形態(tài)與工作效率。本文實(shí)際調(diào)研了西北農(nóng)林科技大學(xué)眉縣獼猴桃試驗(yàn)站,分析了獼猴桃果樹(shù)棚架式栽培模式和簇生“海沃德”果實(shí)顏色特征、生長(zhǎng)特點(diǎn),并以此為依據(jù),確定了獼猴桃采摘機(jī)器人的總體方案與果實(shí)識(shí)別方法。從底部識(shí)別目標(biāo)果實(shí)具有背景簡(jiǎn)單、干擾因素少,一次識(shí)別順序采摘等優(yōu)點(diǎn)。在此前提下通過(guò)對(duì)果實(shí)圖像進(jìn)行分析,確定了使用1.1R-G色差法分割圖像,經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理與特征提取,最終得到果實(shí)特征點(diǎn)像素坐標(biāo)的圖像處理方法。試驗(yàn)表明,該方法識(shí)別獼猴桃果實(shí)的成功率為89.5%。(2)人工補(bǔ)光方法的研究。為了滿(mǎn)足獼猴桃采摘機(jī)器人全天候作業(yè)的需要,研究了夜間使用LED補(bǔ)光燈人工補(bǔ)光的方法。通過(guò)采集不同光照強(qiáng)度下的果實(shí)圖像,進(jìn)行閾值化處理,與手工分割的圖像對(duì)比,確定最佳的光照強(qiáng)度。通過(guò)試驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)光照強(qiáng)度在30-50 lux之間,1.1R-G色差法對(duì)夜間圖像的分割效果最好。在此條件下果實(shí)識(shí)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(guò)分析微軟相機(jī)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(jī)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(shí)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)。試驗(yàn)證明,該數(shù)學(xué)模型能夠精確的進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。(4)空間坐標(biāo)獲取。目標(biāo)果實(shí)空間坐標(biāo)的獲取是視覺(jué)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(xiě)Kinect傳感器坐標(biāo)獲取程序。最后進(jìn)行了空間坐標(biāo)精度獲取試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,空間坐標(biāo)的誤差小于3mm。(5)獼猴桃采摘機(jī)器人采摘評(píng)價(jià)試驗(yàn)。將研究結(jié)果結(jié)合已有的采摘機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行了日間和夜間果實(shí)采摘試驗(yàn)。兩個(gè)采摘評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明,研究的圖像識(shí)別放方法能夠準(zhǔn)確的提取獼猴桃果實(shí)特征、得到果實(shí)特征點(diǎn)的像素坐標(biāo);空間坐標(biāo)獲取方法滿(mǎn)足采摘機(jī)器人的作業(yè)需求;人工補(bǔ)光方法可以滿(mǎn)足夜間圖像識(shí)別和機(jī)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S225.93;TP242

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本文編號(hào)：2095469