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《浙江工业大学》 2011年
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黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究

戚利勇  
【摘要】:基于机器视觉的果蔬采摘机器人可充分利用其信息感知能力对果蔬进行识别,提高采摘效率,但是目前采摘机器人还未得到大量应用,其重要原因之一为果实识别率不高,因此研究采摘机器人的目标识别对加快农业采摘机器人的实用进程、改变目前主要依靠人工采摘的现状具有重要现实意义。 本文以温室黄瓜作为研究对象,在自然环境下采集的可见光图像中,由于黄瓜果实和叶茎颜色相近给识别带来了困难,采用基于形状特征的模板匹配法可实现黄瓜果实识别率为87%,采用双目立体视觉实现黄瓜采摘点的三维空间坐标定位,在物距500mm-750mm时,实现最大定位误差9.46mm。本文的主要研究内容和成果如下: 1、研究了黄瓜图像的颜色特征,分析了黄瓜果实和茎叶等在RGB模型和HSI模型中6个分量图像,通过对各分量图像的研究发现,黄瓜果实和茎叶等背景在G分量图像中差别较大,选择G分量图作为颜色特征作图像分割,通过图像增强、阈值分割、形态学操作等一系列处理过程,得到黄瓜图像分割结果,但分割结果并不是很理想。 2、研究了黄瓜果实形状的表示和描述方法。采集200幅简单背景下的黄瓜图像做处理并得到黄瓜边界,采用椭圆傅里叶描述边界并做归一化处理,通过平均各描述子得到平均椭圆傅里叶描述子,通过反变换描述子重建黄瓜边界,得到标准的黄瓜边界。 3、研究了模板变形和模板匹配算法。以得到的标准的黄瓜边界为基础,通过5次尺度变换和13次角度变换,得到65个不同尺度和不同角度的黄瓜形状,对其进行实体化后形成模板库。采用基于模板库的匹配算法对复杂背景下的100幅黄瓜图像进行灰度模板匹配,实现黄瓜识别,正确识别率达87%,对颜色相近以及部分遮挡的果实仍能实现识别,并提出匹配的模板起始点作为黄瓜果实顶点。 4、研究了双目立体视觉原理、数学模型以及摄像机标定方法。构建双目视觉系统并进行摄像机标定实验,得到双目立体视觉系统的内外参数,根据双目视觉原理,对黄瓜采摘点进行定位计算,得到其空间坐标,利用FARO ARM三坐标测量仪测量采摘点实际空间坐标,并与计算结果进行比较,相对于物距500mm~750mm,实现最大定位误差9.46mm,可满足满足采摘系统要求。 5、建立了一套黄瓜采摘机器人识别和定位系统。构建黄瓜采摘机器人的硬件系统和软件系统,实现了在自然环境下采集的可见光图像中黄瓜果实的识别和空间定位。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
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2 谭文学;基于机器学习的作物病害图像处理及病变识别方法研究[D];北京工业大学;2016年
3 叶敏;基于运动行为的荔枝采摘机器人夹切容错设计[D];华南农业大学;2016年
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2 胡亚文;甜橙采摘机械手路径优化及末端夹持器创新设计研究[D];昆明理工大学;2018年
3 丁文宽;基于卷积神经网络和机器视觉的辣椒检测与识别[D];天津理工大学;2017年
4 李进钢;基于OpenCV的公交客流计数方法研究[D];郑州大学;2016年
5 陈鸥;苹果采摘机器人视觉系统识别基础方法的研究[D];燕山大学;2016年
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【参考文献】
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1 桂江生;二维水果形状检测与分类算法研究[D];浙江大学;2007年
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【共引文献】
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4 王福杰;运动水果的形状描述方法与在线检测技术[D];浙江大学;2013年
5 李江波;脐橙表面缺陷的快速检测方法研究[D];浙江大学;2012年
6 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
7 田勇;中厚板轧制轧件头部弯曲及其控制的研究[D];东北大学 ;2009年
8 郝敏;基于机器视觉的马铃薯外部品质检测技术研究[D];内蒙古农业大学;2009年
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1 李振;投掷机器人抛掷物的飞行轨迹的仿真研究[D];河北工程大学;2018年
2 朱行飞;机器人视觉定位在生产流水线搬运中的应用研究[D];安徽工程大学;2018年
3 马鹏博;基于SLAM的农业采摘机器人运动控制系统设计[D];河南科技学院;2018年
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10 刘博宇;长距离双目测距系统及标定[D];长春理工大学;2018年
【同被引文献】
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1 宋怀波;何东健;潘景朋;;基于凸壳理论的遮挡苹果目标识别与定位方法[J];农业工程学报;2012年22期
2 熊俊涛;邹湘军;陈丽娟;蔡伟亮;彭红星;;采摘机械手对扰动荔枝的视觉定位[J];农业工程学报;2012年14期
3 吕继东;赵德安;姬伟;陈玉;沈惠良;张颖;;苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法[J];农业工程学报;2012年13期
4 孙俊;武小红;张晓东;王艳;高洪燕;;基于MFICSC算法的生菜图像目标聚类分割[J];农业工程学报;2012年13期
5 熊俊涛;邹湘军;陈丽娟;郭艾侠;;基于机器视觉的自然环境中成熟荔枝识别[J];农业机械学报;2011年09期
6 毛亮;薛月菊;孔德运;刘国瑛;黄珂;卢启福;王楷;;基于稀疏场水平集的荔枝图像分割算法[J];农业工程学报;2011年04期
7 展慧;李小昱;周竹;汪成龙;高云;;基于近红外光谱和机器视觉融合技术的板栗缺陷检测[J];农业工程学报;2011年02期
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10 李斌;汪懋华;李莉;;基于单目视觉的田间菠萝果实识别[J];农业工程学报;2010年10期
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1 黄小龙;蔬菜株间锄草机器人末端执行器优化设计研究[D];中国农业大学;2014年
2 李惠君;复杂仿真数据的降维与可视化聚类方法研究[D];燕山大学;2013年
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7 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
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9 郭建英;基于不同刀—屑摩擦模型的金属切削过程动力学研究[D];太原理工大学;2010年
10 姜广文;像机链位姿传递摄像测量方法及船体变形测量研究[D];国防科学技术大学;2010年
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1 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
2 宋西平;基于双目立体视觉的水果识别与定位的研究[D];天津职业技术师范大学;2016年
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5 尹媛媛;6R工业机器人运动仿真与轨迹规划[D];合肥工业大学;2015年
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8 王全;基于RRT的全局路径规划方法及其应用研究[D];国防科学技术大学;2014年
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10 李前坤;基于FPGA的微型零件尺寸检测系统研究[D];重庆大学;2014年
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4 郭艾侠;邹湘军;邹海鑫;;基于二次阈值的荔枝果与结果母枝图像识别[J];计算机工程与设计;2014年02期
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6 项荣;应义斌;蒋焕煜;;田间环境下果蔬采摘快速识别与定位方法研究进展[J];农业机械学报;2013年11期
7 彭红星;邹湘军;郭艾侠;熊俊涛;陈燕;;基于探索性数据分析的柑橘部位颜色模型分析与识别[J];农业机械学报;2013年S1期
8 熊俊涛;邹湘军;王红军;彭红星;朱梦思;林桂潮;;基于Retinex图像增强的不同光照条件下的成熟荔枝识别[J];农业工程学报;2013年12期
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1 王素婷;烟尘测量中图像法的应用研究[D];太原理工大学;2018年
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4 武孝勇;基于TOF相机的公交客流量采集系统[D];青岛大学;2018年
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10 任震宇;农机电招平台农机主端设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2017年
【二级参考文献】
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2 李井辉;基于双目视觉的3D信息重建技术研究[D];大庆石油学院;2004年
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2 杜胜利;;黄瓜离体雌核发育研究[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
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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
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7 秦智伟;张艳菊;周秀艳;李虹;左洪波;陈霞;张宏宇;;中国黄瓜推广品种抗病性鉴定分析[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年
8 李小艳;龚义勤;王燕;伏兵;柳李旺;;“碧玉”黄瓜一代杂种遗传纯度的RAPD分析[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 记者 蒋建科;我国科学家揭开苦味黄瓜的秘密[N];人民日报;2014年
3 本报记者 吴佩;我国科学家破解黄瓜发苦难题[N];农民日报;2014年
4 本报记者 杨舒;黄瓜苦不苦,基因说了算[N];光明日报;2019年
5 刘志梅;黄瓜“龙头”消失原因有多种[N];河北农民报;2019年
6 瞿剑;黄瓜长多大由乙烯剂量来确定[N];江苏农业科技报;2019年
7 记者 瞿剑;黄瓜长多长 乙烯来确定[N];科技日报;2019年
8 黄华;黄瓜春天育苗有哪些技术要点[N];山西科技报;2019年
9 王敏;黄瓜追肥掌握四原则[N];新疆科技报(汉);2019年
10 审译 李亚东 陶彬;细说“海黄瓜”[N];吉林日报;2019年
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2 王成琳;基于光照均值化的多类水果采摘机器人双目视觉定位研究[D];华南农业大学;2018年
3 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
4 缪旻珉;黄瓜(Cucumis sativus L.)热伤害与热适应生理机制及耐热栽培技术研究[D];南京农业大学;2000年
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7 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
8 高俊杰;低温胁迫和盐胁迫下嫁接黄瓜(Cucumis sativus L.)抗氧化的分子机制[D];山东农业大学;2008年
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8 张峰;农艺技术措施对黄瓜制种产量和质量的影响[D];山东农业大学;2010年
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