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《江苏大学》 2009年
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基于角点特征的双目视觉杂草定位系统研究

夏利兵  
【摘要】: 在传统的农业中,除草剂的使用方式普遍为粗放式大面积喷洒,这样不仅造成了浪费,还造成了潜在的生态环境危害。为此,国内外提出了“精细农业”这个概念,在有杂草的区域喷洒除草剂,而在无杂草的区域不喷洒,这样可显著地减少用药量。现有的方法主要是先对杂草进行识别,然后通过有多个喷头的杂草喷洒系统覆盖杂草区域来喷洒除草剂。本文在总结国内外相关研究的基础上,以小麦、棉花田的杂草为研究对象,主要围绕杂草定位问题进行研究,最后采用双目立体视觉技术,在静态条件下对杂草定位技术进行了研究,并设计了双目视觉杂草定位系统。 针对角点特征检测,本文给出一种新的基于USAN的棋盘角点检测算法及基于连通域的改进角点算法,并提出用透视投影中基于交比不变原理计算交比偏差来评价角点检测的精度。基于USAN的棋盘角点检测算法主要是利用棋盘角点的USAN区域对称的原理而实现的;对于经典的SUSAN算法,考虑它对复杂类型角点检测的缺陷,提出了基于连通域的改进角点算法,主要思想是在角点处多个顶角相交一起时角点处的USAN不符合SUAN算法的要求而可以通过多个连通域的方法来检测该角点的,相比Harris算法,该算法具有速度快,易实现等优点。 在摄像机标定方面,由于是对杂草进行定位,精度要求没有工业方面的高,在这里只考虑一阶径向畸变,先单独标定主点坐标和一阶径向畸变参数,主点坐标是根据当摄像机的有效焦距变化时,相应的图像发生缩放,而光轴不变,故光轴与图像平面的交点(主点)不变的性质而获得的,一阶径向畸变参数利用透视投影中交比不变的原理来求得的,最后运用径向约束线性标定其他参数,这种算法不仅考虑了镜头的畸变,而且可线性求解内外参数,避免了非线性优化的烦琐和不稳定。实验结果表明所提出的标定算法具有较高的精度、易操作、速度快等特点。 最后在摄像机标定的基础上采用立体匹配方法实现杂草定位。为了实现角点的匹配,首先对角点特征先采用灰度互相关系数进行初始匹配,通过初始匹配点计算基本矩阵,然后在基本矩阵的引导下优化匹配结果,正确匹配率可达到93%。根据标定出的摄像机的内外参数及对应点的匹配结果可以获取视差计算杂草特征点的相对坐标,从而确定出杂草相对位置,试验结果说明精度能满足本课题的要求。 本文采用双目视觉的杂草定位技术对实现除草剂的定点喷洒提供了一定的理论支持,对于基于机器视觉的田间自动定点除草系统的开发具有一定的借鉴意义。
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