櫻桃小番茄腋芽摘除機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、櫻桃小番茄腋芽摘除是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，由于腋芽顏色特征和周圍枝條、葉片相近，且容易被遮擋，本文以小番茄植株為對(duì)象，以成功摘除腋芽為目標(biāo)，研究了圖像采集、去除點(diǎn)定位，側(cè)枝水平投影角測(cè)量等關(guān)鍵問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容與成果:
　　(1)研究了農(nóng)藝技術(shù)，使用半剪的方式摘除櫻桃小番茄的腋芽。測(cè)量了定植后的櫻桃小番茄植株幾何特性，還測(cè)定了其腋芽、側(cè)枝的力學(xué)特性，獲得了櫻桃小番茄的株高、主莖直徑、節(jié)距、側(cè)枝朝向、傾角等特征參數(shù)。提出在溫室大棚中應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

2、化種植，按照固定的行距、株距、畦距等要求，為機(jī)器人自動(dòng)摘除腋芽提供一定基礎(chǔ)。
　　(2)研制了藍(lán)色LED光源染色系統(tǒng)，照射小番茄植株的側(cè)枝基部，將其用藍(lán)光染色，方便進(jìn)行圖像分割。建立了藍(lán)色LED可調(diào)式染色系統(tǒng)，通過(guò)光照度傳感器檢測(cè)周圍環(huán)境的照度，調(diào)節(jié)燈珠的亮度，防止發(fā)生高光反射或者染色不足。對(duì)RGB顏色空間的B分量進(jìn)行圖像分割，得到目標(biāo)部位清晰完整的圖像。
　　(3)通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)，使用低通濾波器去除毛刺和噪聲

3、，保留基本輪廓特征;由形態(tài)學(xué)膨脹算法突出腋芽?jī)蓚?cè)特征點(diǎn)，通過(guò)Shi-Tomasi角點(diǎn)檢測(cè)算法，找到目標(biāo)圖像角點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)特征點(diǎn)判別算法，找到特征點(diǎn)，由此判別腋芽存在與否，定位腋芽去除點(diǎn)，最后摘除腋芽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，腋芽識(shí)別的成功率為93.9％，腋芽摘除成功率為88.9％，能滿足自動(dòng)去除的要求。
　　(4)設(shè)計(jì)了光電式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)向機(jī)構(gòu)。采用閉合環(huán)形機(jī)構(gòu)環(huán)繞櫻桃小番茄主莖，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式使固定在活動(dòng)環(huán)上的光電傳感器能水平360°掃描側(cè)枝

4、，得到側(cè)枝的水平投影方向角。分析活動(dòng)環(huán)的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到其線速度與角速度的關(guān)系及比例系數(shù)。經(jīng)試驗(yàn)表明:比例系數(shù)為1.5，角速度為1.875π/s，線速度為25mm/s時(shí)，檢測(cè)成功率為97％，角度標(biāo)準(zhǔn)差為±8.6°。高度補(bǔ)償設(shè)定為20mm，成功率為91％。對(duì)42株櫻桃小番茄的153個(gè)側(cè)枝進(jìn)行測(cè)試，在1.8m高度內(nèi)的成功率為88.2％。
　　(5)標(biāo)定了工業(yè)攝像頭，標(biāo)定結(jié)果誤差在2mm之內(nèi)。分析了單目攝像頭測(cè)距的不足，使用超聲波測(cè)距傳感