機(jī)器人采摘番茄中的雙目定位技術(shù)研究.pdf

1、將自然生長狀態(tài)下的成熟番茄從復(fù)雜背景中識別出來并確定其形心位置及外形尺寸，是番茄采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空間定位并與機(jī)械手協(xié)調(diào)操作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。本論文在充分了解國內(nèi)外果實(shí)采摘研究成果的基礎(chǔ)上，研究自然生長狀態(tài)下番茄采摘中的目標(biāo)定位技術(shù)。主要目標(biāo)是以番茄為對象，利用雙CCD攝像機(jī)仿照人類雙眼感知目標(biāo)位置信息的方法，進(jìn)行果實(shí)采摘定位研究，為果實(shí)采摘智能化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。 論文構(gòu)建了收獲機(jī)器人雙目視覺實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)。首先，根

2、據(jù)定位實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)制造并調(diào)試了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺架。設(shè)計(jì)攝像機(jī)滑軌的定位孔與標(biāo)定靶特征點(diǎn)位置水平相差為5mm，以確保多組圖像坐標(biāo)能夠相差5mm平移，改善了定位特征點(diǎn)空間分配情況，極大的提高了定位實(shí)驗(yàn)的精度和可靠性。其次，提出了基于雙目立體視覺定位原理的定位實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型。進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)后，提取圖像匹配特征點(diǎn)的像面坐標(biāo)，根據(jù)定位實(shí)驗(yàn)需要，建立了雙目立體視覺定位原理所需的從特征點(diǎn)像面坐標(biāo)到特征點(diǎn)世界坐標(biāo)的映射關(guān)系，而不顯式地求出攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)。再

3、次，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)處理方法處理得到定位實(shí)驗(yàn)所需的從像面到世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理方法，通過軟計(jì)算得到映射關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，得到的定位模型將包含攝像機(jī)內(nèi)外的各個主次要因素，不會造成由于數(shù)學(xué)建模時忽略次要因素而造成定位精度下降。最后，試驗(yàn)找到了建立本文番茄定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所需的特征光源。通過物理三棱鏡分光獲取七色光源，并試驗(yàn)在七色光中選擇出最佳番茄定位特征單色光源，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證特征光源的有效性，最后發(fā)現(xiàn)紅色光源最有利于在番茄

4、表面形成可精確定位的匹配所需的特征點(diǎn)。 論文通過引入主動視覺和仿生學(xué)思想，區(qū)別傳統(tǒng)的番茄定位中所采用邊緣輪廓特征信息的配準(zhǔn)方法，提出了使用三維番茄表面信息的定位方法。通過特征光源在番茄表面主動形成定位所需的精確配準(zhǔn)特征，采用最少四個特征點(diǎn)通過計(jì)算獲得番茄中心的坐標(biāo)，從而解決了傳統(tǒng)的雙目番茄定位方法使用番茄邊緣輪廓信息，忽略了極為豐富的番茄空間表面信息，從而造成無法解決枝葉及雜物等遮擋、頑固的背景噪音以及多果重疊引起的番茄

5、輪廓提取不準(zhǔn)或無法提取等導(dǎo)致的無法精確確定番茄的位置的問題。 本文對所采用的番茄主動定位方法進(jìn)行了分析討論，分析了影響定位精度的因 素，提出了提高定位精度的主要方法，結(jié)合田間番茄的觀察研究對特征點(diǎn)分配策略進(jìn)行了研究，討論了主動番茄定位方法對田間番茄定位的適應(yīng)能力，證明了主動番茄定位方法能夠達(dá)到比傳統(tǒng)番茄定位方法更高的定位精度。 本文提出的主動番茄定位方法能夠初步解決傳統(tǒng)番茄定位方法無法解決的遮擋等難題，并且