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《天津理工大学》 2018年
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苹果采摘机器人夜间视觉检测算法研究

段伟洋  
【摘要】:随着机器视觉技术、机器人技术和人工智能的不断发展,果蔬收获机器人的研究已取得重要进展,但由于作业环境复杂,采摘效率还不能满足实际生产需要。机器视觉系统作为苹果采摘机器人的重要组成部分,对改善目标果实的识别和定位性能具有重要作用,是提高采摘机器人作业效率的关键技术;同时,延长采摘机器人的作业时间,实现夜间作业模式,也能达到充分利用时间、提高采摘效率的目的。因此,苹果采摘机器人夜间视觉检测算法研究具有重要理论意义和实际应用价值。本文以夜间苹果图像为研究对象,围绕目标苹果的精准识别,研究了夜间图像的降噪、分割及识别定位等问题。本文首先对夜间苹果图像降噪进行研究,针对高斯噪声处理难题,提出采用基于极大似然偏差去除的FastICA降噪算法,该算法以信号处理为基础,将含噪图像看作噪声与源图像的混合体,通过对偏差进行修正达到减小噪声影响的目的。实验结果表明,该算法可以有效提高图像质量,减小噪声影响。为了精准地提取出夜间环境下的目标苹果,将L*a*b*的a*分量、YCbCr的Cb分量与RGB分量的R分量按一定的比例进行融合,在得到的a*CbR融合空间下进行阈值分割,实验结果表明,对比Otsu法、色差法、K-means聚类三种分割算法,a*CbR融合空间法能够精准有效地将目标苹果从复杂的夜间环境下提取出来。然后,针对夜间目标果实识别精准度不高、识别时间较长的问题,本文利用苹果的类圆特性,提出基于遗传算法改进的三点定圆法,实现了有枝叶遮挡苹果和重叠果实的目标识别与定位,仿真实验结果证明,对比Hough变换检测算法与三点定圆法,基于遗传算法改进的三点定圆法提高了目标果实识别的精准度,减小了三点定圆法识别果实过程中求均值存在的误差。最后,基于MATLAB中的GUI编译工具箱,设计了包括图像的降噪处理、图像分割以及有枝叶遮挡和重叠的夜间苹果目标识别等功能的夜间苹果图像的目标识别与定位软件,建立了图形用户界面。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP391.41;TP242

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 贾伟宽;赵德安;刘晓洋;阮承治;;苹果采摘机器人夜视图像的小波模糊阈值降噪[J];华中科技大学学报(自然科学版);2015年S1期
3 贾伟宽;赵德安;阮承治;刘晓洋;陈玉;姬伟;;苹果夜视图像小波变换与独立成分分析融合降噪方法[J];农业机械学报;2015年09期
4 费欢;李光辉;;基于K-means聚类的WSN异常数据检测算法[J];计算机工程;2015年07期
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10 刘克;田学民;蔡连芳;张银雪;;基于极大似然偏差去除的FastICA算法[J];计算机仿真;2013年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 吕强;柑橘采摘机器人工作场景信息感知技术与路径规划研究[D];江苏大学;2010年
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1 王丹丹;重叠及遮挡影响下的苹果目标识别与定位方法研究[D];西北农林科技大学;2016年
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7 林克全;车牌字符识别技术的研究[D];华南理工大学;2011年
8 吴昌莉;图像匹配定位中指纹特征提取方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 李丽;张楠楠;梅树立;李晓飞;;基于自适应小波偏微分方程的蝗虫切片图像去噪[J];农业工程学报;2015年20期
2 刘晓洋;赵德安;陈玉;贾伟宽;;夜间低照度条件下苹果采摘机器人的图像识别[J];华中科技大学学报(自然科学版);2015年S1期
3 孙诚达;邱威;丁为民;顾家冰;赵三琴;;农作物几何特征量测量系统设计与试验[J];农业机械学报;2015年12期
4 贾伟宽;赵德安;阮承治;刘晓洋;陈玉;姬伟;;苹果夜视图像小波变换与独立成分分析融合降噪方法[J];农业机械学报;2015年09期
5 贾伟宽;赵德安;刘晓洋;唐书萍;阮承治;姬伟;;机器人采摘苹果果实的K-means和GA-RBF-LMS神经网络识别[J];农业工程学报;2015年18期
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7 王丹丹;徐越;宋怀波;何东健;张海辉;;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];农业工程学报;2015年10期
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1 袁雷明;基于多视成像及近红外光谱技术的巨峰葡萄品质无损检测研究[D];江苏大学;2016年
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1 张卫国;自然环境下苹果图像分割及定位算法研究[D];郑州轻工业学院;2018年
2 张宇晶;基于AOTF的光谱偏振图像校正及降噪方法研究[D];中北大学;2018年
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7 段伟洋;苹果采摘机器人夜间视觉检测算法研究[D];天津理工大学;2018年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵德安;刘晓洋;陈玉;姬伟;贾伟宽;胡婵莉;;苹果采摘机器人夜间识别方法[J];农业机械学报;2015年03期
2 张春龙;张楫;张俊雄;李伟;;近色背景中树上绿色苹果识别方法[J];农业机械学报;2014年10期
3 魏新华;吴姝;徐来齐;沈宝国;李玫瑾;;基于最小噪声分离的籽棉异性纤维高光谱图像识别(英文)[J];农业工程学报;2014年09期
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7 宋怀波;张卫园;张欣欣;邹睿智;;基于模糊集理论的苹果表面阴影去除方法[J];农业工程学报;2014年03期
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1 戚利勇;黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D];浙江工业大学;2011年
2 吕小莲;基于四自由度西红柿采摘机器人视觉系统的研究[D];沈阳农业大学;2008年
3 梁喜凤;番茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D];浙江大学;2004年
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1 丁乙;苹果采摘机器人视觉系统技术基础研究[D];燕山大学;2014年
2 吕学智;基于双目视觉的爬壁机器人环境检测技术研究[D];扬州大学;2014年
3 陈辰;基于双目立体视觉的数字图像区域匹配算法研究[D];上海师范大学;2013年
4 金理钻;基于双目视觉的黄瓜采摘机器人关键技术的研究[D];上海交通大学;2013年
5 刘金帅;采棉机器人视觉系统的关键技术研究[D];新疆大学;2012年
6 武涛;基于机器视觉的猕猴桃果实识别与定位技术研究[D];西北农林科技大学;2012年
7 徐忠威;非局部型三维块匹配去噪算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 潘杨;基于小波的图像去噪方法研究[D];吉林大学;2010年
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10 李玉倩;基于多颜色空间的叠加原理和场景分类的研究[D];济南大学;2010年
【相似文献】
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1 马茵;田磊;韩孟洋;;基于WIFI数字图像传输的采摘机器人交互终端研发[J];农机化研究;2018年05期
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5 张磊;;采摘机器人定位和导航研究—基于足球比赛动态路径规划[J];农机化研究;2018年06期
6 王娜;汤金金;;采摘机器人运动目标逼近方法研究——基于分裂迭代和模糊算法[J];农机化研究;2018年04期
7 任天麟;;基于武术飞脚动作学习的类人采摘机器人控制系统[J];农机化研究;2018年12期
8 皆彦吉;;果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策[J];时代农机;2018年09期
9 石建华;;基于云计算技术的苹果采摘机器人系统[J];农机化研究;2017年07期
10 张俊雄;何芬;;设施农业采摘机器人研究进展[J];当代农机;2016年01期
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1 何蓓;刘刚;;果树采摘机器人研究综述[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
2 魏锡光;王库;;仿自然环境条件下番茄采摘机器人设计研究[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年
3 崔天时;陈天宏;;基于遗传算法的采摘机器人轨迹规划[A];黑龙江省农业工程学会2011学术年会论文集[C];2011年
4 石兴禄;邹湘军;卢俊;陈强;陈燕;王红军;刘天湖;;虚拟采摘机器人统一建模与三维动态仿真[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 袁挺;李伟;谭豫之;杨庆华;高峰;任永新;;温室环境下黄瓜采摘机器人信息获取技术研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(下册)[C];2008年
6 张殿明;时会美;;农业自动化领域中的机器人技术[A];Proceedings of 2010 National Vocational Education of Communications and Information Technology Conference (2010 NVCIC)[C];2010年
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中国重要报纸全文数据库 前9条
1 王心馨 虞涵棋;美国公司开发出苹果采摘机器人[N];中国农机化导报;2017年
2 全媒体记者 李宁艳;“智慧农业”开启新疆种植新模式[N];乌鲁木齐晚报(汉);2017年
3 吕继东 赵德安 姬伟 陈玉;浅谈国内外采摘机器人[N];中国农机化导报;2014年
4 本报记者 段佳;果蔬采摘机器人有了三维视力[N];大众科技报;2009年
5 本报记者 吴佩;机器人摘棉花可以识别好与坏[N];农民日报;2011年
6 本报记者 李慧;未来,我们这样搞农业[N];光明日报;2010年
7 本报记者 张伟;创新科技 让生活更精彩[N];中国高新技术产业导报;2013年
8 记者 吕兵兵 通讯员 李建忠;擎科技“大旗” 攀农业“珠峰”[N];农民日报;2012年
9 本报记者 冯华;当农业插上信息化的翅膀[N];人民日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王丽丽;番茄采摘机器人关键技术研究[D];北京工业大学;2017年
2 贾伟宽;基于智能优化的苹果采摘机器人目标识别研究[D];江苏大学;2016年
3 顾玉宛;基于并行计算的苹果采摘机器人关键技术研究[D];江苏大学;2016年
4 戚利勇;黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D];浙江工业大学;2011年
5 谢忠红;采摘机器人图像处理系统中的关键算法研究[D];南京农业大学;2013年
6 吕强;柑橘采摘机器人工作场景信息感知技术与路径规划研究[D];江苏大学;2010年
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8 纪超;温室果蔬采摘机器人视觉信息获取方法及样机系统研究[D];中国农业大学;2014年
9 彭辉;基于计算机视觉的树上柑橘自动识别和定位技术的研究[D];华中农业大学;2011年
10 顾宝兴;智能移动式水果采摘机器人系统的研究[D];南京农业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段伟洋;苹果采摘机器人夜间视觉检测算法研究[D];天津理工大学;2018年
2 胡友呈;自然环境下柑橘采摘机器人的目标识别与定位方法研究[D];重庆理工大学;2018年
3 张哲;柑橘采摘机器人采摘姿态及序列研究[D];重庆理工大学;2018年
4 贺询;采摘机器人视觉及控制系统的设计与研究[D];华北水利水电大学;2018年
5 刘鹏莉;苹果采摘机器人的设计与研究[D];西安理工大学;2018年
6 李文洋;猕猴桃采摘机器人视觉导航路径生成方法研究[D];西北农林科技大学;2017年
7 贺橙林;基于机器视觉的气动采摘机器人研究[D];上海交通大学;2015年
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10 樊俊;面向杭白菊采摘机器人的目标识别定位系统研究[D];浙江工业大学;2016年
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