一種基于子葉輪廓三維視覺測(cè)量的秧苗分離方法研究.pdf

1、嫁接可提高秧苗對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，改良品質(zhì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。嫁接對(duì)秧苗與砧木有一定匹配關(guān)系的要求，以提高嫁接苗的成活率，但是目前自動(dòng)和半自動(dòng)的嫁接機(jī)都沒有實(shí)現(xiàn)這種功能。為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)果蔬嫁接機(jī)嫁接過程中秧苗與砧木的匹配，需要對(duì)秧苗與砧木的苗莖尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。在穴盤上開展穴盤苗的檢測(cè)存在多株苗的子葉相互遮擋的情況，對(duì)視覺檢測(cè)帶來極大干擾，必須加以分離。本文通過雙目視覺的方法對(duì)穴盤苗子葉輪廓的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并利用子葉輪廓三維數(shù)據(jù)在

2、高度上的突變實(shí)現(xiàn)相互遮擋子葉的分離，為后續(xù)秧苗與砧木的匹配奠定基礎(chǔ)。本文研究的工作主要有以下幾個(gè)方面：
　　1、雙目視覺系統(tǒng)的構(gòu)建。構(gòu)建了一套完整的雙目視覺系統(tǒng)，并采用了一種基于同心圓檢測(cè)的雙目視覺系統(tǒng)在線綜合調(diào)整方法對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行控制。通過該方法可以有效調(diào)整雙目系統(tǒng)光軸、相機(jī)夾角以及使雙目相機(jī)焦距一致，使系統(tǒng)搭建更為合理，為后續(xù)的極線匹配奠定基礎(chǔ)。
　　2、基于同心圓圓心檢測(cè)的系統(tǒng)標(biāo)定。在分析了成像模型的幾種畸變和標(biāo)定方法

3、的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用了一種基于同心圓圓心檢測(cè)的相機(jī)標(biāo)定方法。該方法將同心圓的圓心作為特征點(diǎn)代替張正友標(biāo)定法中的棋盤格角點(diǎn)。通過同心圓圓心的平均值約束使特征點(diǎn)提取較棋盤格角點(diǎn)更為精確，實(shí)驗(yàn)證明同心圓標(biāo)定法較棋盤格標(biāo)定法標(biāo)定誤差減小了9.6％，速度提高了14.8％。同時(shí)對(duì)極線幾何進(jìn)行分析，表明利用極線約束將特征匹配從二維空間轉(zhuǎn)為一維的有效性，極大地提高了特征匹配的速度與精度。實(shí)驗(yàn)表明通過極線尋找匹配點(diǎn)，匹配點(diǎn)的潛在點(diǎn)與真實(shí)點(diǎn)的誤差在2個(gè)像

4、素點(diǎn)左右，通過對(duì)潛在點(diǎn)的八鄰域進(jìn)行同時(shí)匹配以尋找較為準(zhǔn)確的匹配點(diǎn)。
　　3、子葉三維數(shù)據(jù)測(cè)量方法研究。首先利用連通域標(biāo)記法對(duì)圖像去噪，采用色差法對(duì)秧苗部分進(jìn)行圖像增強(qiáng)，采用迭代法對(duì)色差圖進(jìn)行二值化處理以實(shí)現(xiàn)秧苗子葉與背景的分離。采用基于游程的連通域標(biāo)記法對(duì)秧苗輪廓進(jìn)行提取將不同連通域的輪廓進(jìn)行單獨(dú)分離，并通過freeman鏈碼對(duì)輪廓點(diǎn)序列進(jìn)行降采樣。同時(shí)采用基于窗口的灰度向量法（Gray Vector)、簡(jiǎn)化SIFT描述子(SSI

5、FT)、同心圓SIFT描述子(Circle SIFT)三種匹配方法對(duì)雙目圖像的輪廓點(diǎn)進(jìn)行匹配。最后利用三角測(cè)量法則對(duì)輪廓點(diǎn)序列的三維坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并導(dǎo)入Matlab對(duì)秧苗子葉的進(jìn)行基于輪廓信息的三維重建。實(shí)驗(yàn)表明在匹配速度上SSIFT描述子最快，單點(diǎn)耗時(shí)0.79ms，Gray Vector描述子次之，單點(diǎn)耗時(shí)0.98ms，Circle SIFT描述子最慢，單點(diǎn)耗時(shí)4.17ms；在匹配點(diǎn)數(shù)上Gray Vector描述子最多，SSIFT描述

6、子次之，CircleSIFT描述子最少，反之匹配精度上Circle SIFT描述子最高，但考慮到對(duì)子葉輪廓的三維重建，較少的點(diǎn)不利于輪廓三維信息的表示，本文采用匹配點(diǎn)最多的Gray Vector描述子。
　　4、子葉分離方法研究。采用三維數(shù)據(jù)濾波去除三維數(shù)據(jù)集合中由于輪廓收縮所造成的匹配點(diǎn)偏移而產(chǎn)生的孤立突變點(diǎn)對(duì)三維數(shù)據(jù)的影響。三維數(shù)據(jù)濾波主要是尋找與周圍兩點(diǎn)皆存在較大高度差值的點(diǎn)，對(duì)于只有單邊存在較大差值則認(rèn)為可能是潛在的連續(xù)突