基于K-means算法的溫室移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航研究.pdf

1、利用移動(dòng)機(jī)器人完成溫室自主導(dǎo)航作業(yè)，不僅可以大幅度減輕勞動(dòng)者的體力勞動(dòng)，也可以避免勞動(dòng)者在有毒、高溫及潮濕等惡劣工作環(huán)境中作業(yè)時(shí)受到人身傷害。溫室移動(dòng)機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境與工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人相比更為復(fù)雜，通常是一種具有離散性、不確定性、多樣性和不一致性的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，為此，如何準(zhǔn)確快速地識(shí)別出機(jī)器人的導(dǎo)航路徑信息成為實(shí)現(xiàn)溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的關(guān)鍵因素之一，因此，有必要對(duì)這一課題展開(kāi)研究。
　　基于機(jī)器視覺(jué)的導(dǎo)航路徑識(shí)別要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何

2、通過(guò)對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)采集到的圖像信息進(jìn)行處理以精確快速地獲取到移動(dòng)機(jī)器人行走的導(dǎo)航路徑信息。在溫室環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)采集到的圖像信息會(huì)因?yàn)槭艿奖尘?、落葉、光照以及陰影等諸多因素的影響使其難以保證常規(guī)導(dǎo)航路徑識(shí)別算法的魯棒性，加之溫室背景環(huán)境信息復(fù)雜，導(dǎo)致導(dǎo)航算法計(jì)算量大大增加，這直接影響了溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的快速性以及實(shí)時(shí)性，使其難以滿足移動(dòng)機(jī)器人在溫室環(huán)境作業(yè)的效率要求，嚴(yán)重阻礙了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。
　　本

3、文針對(duì)單目視覺(jué)溫室移動(dòng)機(jī)器人，著重在降低光照信息對(duì)導(dǎo)航路徑識(shí)別的影響和圖像的分割算法等幾個(gè)方面開(kāi)展研究，在保證導(dǎo)航路徑識(shí)別準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，確保算法魯棒，同時(shí)提升導(dǎo)航路徑識(shí)別的快速性以滿足溫室移動(dòng)機(jī)器人在溫室環(huán)境下自主導(dǎo)航作業(yè)的實(shí)時(shí)性要求。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.在如何保證溫室環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航算法的魯棒性方面展開(kāi)研究。為保證溫室環(huán)境下導(dǎo)航路徑提取算法的魯棒性，關(guān)鍵因素是降低光照信息對(duì)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航路徑識(shí)別的影

4、響，為此本文將采集到的原始溫室環(huán)境圖像信息依據(jù)RGB與HSI顏色空間之間的轉(zhuǎn)換公式對(duì)兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后獲取到的HSI顏色空間進(jìn)行變量分離，通過(guò)理論與實(shí)際效果對(duì)比分析，選取與光照信息無(wú)關(guān)且可以有效抑制噪聲影響的色調(diào)分量H進(jìn)行后續(xù)圖像處理操作;
　　2.在如何提高溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航路徑識(shí)別速度而使其能夠滿足自主導(dǎo)航作業(yè)的實(shí)時(shí)性要求方面展開(kāi)研究。為滿足溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航實(shí)時(shí)性要求，本文提出兩種方法，首先，在圖像分割環(huán)節(jié)，依據(jù)溫室環(huán)

5、境所特有的圖像顏色特征信息，引入K-means算法對(duì)顏色空間轉(zhuǎn)換后獲取到的分量信息圖進(jìn)行圖像聚類分割處理，與常規(guī)的閾值分割相比，本文所采用的圖像分割方法在溫室環(huán)境中不僅可以將道路信息與背景信息更有效地進(jìn)行分離，而且提取到的道路邊緣信息更為清晰明確，更有利于后續(xù)圖像處理的相關(guān)操作，同時(shí)可以提升整個(gè)溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的快速性;其次，在進(jìn)行直線擬合前采用形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行二次去噪處理以有效去除分割后的圖像中存在的各種噪聲點(diǎn)及其它干擾信息，使得

6、圖像中的道路邊緣信息總量有效降低，大大節(jié)省了后續(xù)圖像處理算法的計(jì)算時(shí)間。
　　3.在溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航路徑信息與導(dǎo)航控制參數(shù)的轉(zhuǎn)換方面開(kāi)展研究。首先，通過(guò)對(duì)圖像采集系統(tǒng)所使用的攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定以獲取攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)信息，再通過(guò)對(duì)識(shí)別出的溫室移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航路徑信息進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換以獲取其導(dǎo)航控制參數(shù)信息用以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，滿足其自主導(dǎo)航作業(yè)要求。
　　4.試驗(yàn)平臺(tái)改裝及實(shí)地試驗(yàn)的研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)“Voyag