收藏本站
《中国计量大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

番茄采摘机器人夜间视觉系统研究

段鹏飞  
【摘要】:果蔬采摘机器人是实现果蔬自动化采摘的重要手段,是当前农业机器人研究领域的热点。实现果蔬采摘机器人的夜间作业,可延长果蔬采摘机器人的工作时间,提高工作效率。果蔬采摘机器人视觉系统的主要功能是实现果实的识别及3D定位。为实现基于机器视觉的夜间番茄自动识别,本文研究了番茄采摘机器人夜间照明系统设计方法、夜视番茄图像分割算法及识别算法,主要研究内容及结论如下:(1)番茄采摘机器人夜间照明系统设计。将光源种类、光源布局及图像采集距离作为试验因子,采用正交试验表L18(6?36)安排试验,并提出了一种基于前景与背景类间方差和类内方差比值F的图像可分割性评价指标,作为确定最佳试验方案即最优照明系统的评价指标。试验结果表明:光源种类和光源布局是影响番茄采摘机器人夜间照明系统的显著因子,图像采集距离为不显著因子;光源种类因子各水平中,荧光灯照射时图像的F值最大,为2.165;光源布局因子各水平中,对角布局时图像的F值最大,为2.234。将试验结果与基于归一化R-G色差的OTSU自动阈值图像分割算法的分割效果进行了对比,对比结果也验证了基于该图像可分割性评价指标的夜间照明系统设计方法的有效性。(2)夜视番茄图像预处理。图像预处理是果蔬目标识别前不可缺少的步骤,主要任务是进行图像降噪和颜色特征选择。本文根据夜视番茄图像的特点,对多种降噪方法进行分析,结果表明采用维纳滤波可以有效地去除图像噪声并保留番茄图像的边缘特征。此外,分别分析了夜视番茄图像在常见的颜色空间(RGB、HSI、Lab)中各个分量的特点。结果表明采用RGB颜色空间中的R-G色差分量作为夜视番茄图像的颜色特征时,易于番茄图像分割与识别。(3)夜视番茄图像分割算法设计。介绍了OTSU自动阈值法、K-means聚类法、支持向量机三种图像分割算法的原理及实现步骤,并通过误分割率和运行时间对分割效果进行评价,结果表明OTSU自动阈值法作为夜视番茄图像的图像分割方法时,运行时间最短,为2.41s,误分割率最低,为7.91%,因此采用基于OTSU自动阈值法可准确快速地分割出成熟番茄。(4)夜视番茄目标识别算法设计。研究了夜间单个、重叠番茄的识别算法,重点对无枝叶遮挡双果重叠番茄识别算法进行了研究。首先采用同态滤波进行图像增强,边缘检测并提取光斑区边缘、轮廓和重叠边缘,并提出了距离就近法对重叠果实前后位置关系进行判断,通过对提取出的前未被遮挡番茄的轮廓和重叠边缘采用最小二乘法进行圆拟合,准确地找到了前未被遮挡番茄的圆心和半径。试验结果显示:在无枝叶遮挡时重叠番茄的前后位置关系判断正确率高达96%,未被遮挡番茄的识别正确率高达91.7%。同时该方法在有枝叶遮挡,被遮挡率低于50%时也能准确判断出重叠番茄的前后位置关系,准确识别出前面未被遮挡番茄,其中前后位置关系判断正确率为90%,前面番茄的识别正确率为88.6%。上述研究成果为夜间番茄采摘机器人视觉照明系统设计及性能评价、夜间番茄图像分割及识别奠定了一定的方法和技术基础,并有助于提高番茄采摘机器人的实用性。
【学位授予单位】:中国计量大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.41;TP242

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 贾伟宽;赵德安;阮承治;沈甜;陈玉;姬伟;;苹果采摘机器人夜间图像降噪算法[J];农业工程学报;2015年10期
3 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
4 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
5 赵德安;沈甜;陈玉;贾伟宽;;苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J];农业工程学报;2015年02期
6 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
7 冯娟;曾立华;刘刚;司永胜;;融合多源图像信息的果实识别方法[J];农业机械学报;2014年02期
8 熊俊涛;叶敏;邹湘军;彭红星;林桂潮;朱梦思;;多类型水果采摘机器人系统设计与性能分析[J];农业机械学报;2013年S1期
9 崔永杰;苏帅;王霞霞;田玉凤;李平平;张发年;;基于机器视觉的自然环境中猕猴桃识别与特征提取[J];农业机械学报;2013年05期
10 陈钦政;赖惠成;王星;任磊;刘金帅;;一种基于支持向量机的棉花图像分割算法[J];计算机工程;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 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
2 项荣;开放环境中番茄的双目立体视觉识别与定位[D];浙江大学;2013年
3 吕继东;苹果采摘机器人视觉测量与避障控制研究[D];江苏大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 麦春艳;郑立华;孙红;杨玮;;基于RGB-D相机的果树三维重构与果实识别定位[J];农业机械学报;2015年S1期
2 唐英杰;陆玲;;基于颜色特征的果树图像中成熟蜜桔的分割[J];电脑知识与技术;2015年25期
3 李桢;王滨;陈子啸;崔永杰;;基于MatLab的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究[J];农机化研究;2015年12期
4 潘玫玫;;基于自适应改进小波阈值模型的农业图像去噪[J];江苏农业科学;2015年10期
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 徐黎明;吕继东;;基于同态滤波和K均值聚类算法的杨梅图像分割[J];农业工程学报;2015年14期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 夏雪;基于计算机视觉的苹果树果实探测与定位方法[D];中国农业科学院;2018年
2 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
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
【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 赵德安;沈甜;陈玉;贾伟宽;;苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J];农业工程学报;2015年02期
3 徐越;李盈慧;宋怀波;何东健;;基于Snake模型与角点检测的双果重叠苹果目标分割方法[J];农业工程学报;2015年01期
4 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
5 熊俊涛;邹湘军;彭红星;陈文光;林桂潮;;扰动柑橘采摘的实时识别与采摘点确定技术[J];农业机械学报;2014年08期
6 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
7 姬伟;陶云;赵德安;杨俊;丁世宏;;基于CLAHE的苹果树树枝迭代阈值分割方法研究[J];农业机械学报;2014年04期
8 牛杰;卜雄洙;钱堃;;利用骨架特征信息的粘连谷粒图像分割方法[J];农业机械学报;2014年09期
9 王俊;杜冬冬;胡金冰;朱建锡;;蔬菜机械化收获技术及其发展![J];农业机械学报;2014年02期
10 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
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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 王勇;棉花收获机器人视觉系统的研究[D];南京农业大学;2007年
4 饶秀勤;基于机器视觉的水果品质实时检测与分级生产线的关键技术研究[D];浙江大学;2007年
5 赵瑞珍;小波理论及其在图像、信号处理中的算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐琳;陈诚;;农业采摘机器人[J];科技进步与对策;2019年03期
2 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
3 郑冰;杨文铂;李航;;采摘机器人无线通信系统设计—基于LTE-advanced与微粒群算法[J];农机化研究;2018年03期
4 谷利芬;谢芳;;基于多跳无线网络和机器视觉的新式采摘机器人设计[J];农机化研究;2018年03期
5 田磊;靳继红;;面向无线传感器网络节点的脐橙采摘机器人定位研究[J];农机化研究;2018年04期
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
中国重要会议论文全文数据库 前6条
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
中国重要报纸全文数据库 前10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 刘欢;三万余市民高校田间追踪“食品安全”[N];北京日报;2012年
10 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
7 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
8 王辉;机器视觉技术在果园自动化中的应用研究[D];中国农业机械化科学研究院;2011年
9 项荣;开放环境中番茄的双目立体视觉识别与定位[D];浙江大学;2013年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段鹏飞;番茄采摘机器人夜间视觉系统研究[D];中国计量大学;2017年
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 李占坤;果树采摘机器人控制系统研究与设计[D];江苏大学;2010年
10 赵庆波;果树采摘机器人控制与避障技术研究[D];江苏大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026