草莓采摘機器人的研究 基于圖像的草莓重心位置和采摘點的確定

<p>¤:K ¦¥ùî:.¿m¥¤:×ÊÂKÄ¥ ç張鐵中 陳利兵 宋健(ÏS j&lt;vÐýÐý,Ø100083)là ° ù:2004-09-06Á “:SEÚ/ ùî?Z9Ã&#39;ù “(2001AA422300)Teº:fMÏ, q,p V 3 =,ö1V Y 3þ 3Á1îÄ j&lt; ¦¥ùî,E-mail:zhangtzcau.edu.cnK 1 成熟草莓果實重心和采摘點的確定是草莓采摘機器人采摘收獲作業(yè)中的關(guān)鍵問題。采用LRCD(lumi-nance andredcolor difference)方法分割草莓圖像。在RGB色彩模型中,求得圖像中每個像素的色差,在灰度圖像中顯示以色差值為灰度值的色差圖像,取合適的閾值對該圖像二值化,得到分割后的草莓圖像;提取分割后草莓圖像的幾何特征,從而確定草莓的重心位置和采摘點。采用本文所述的機器人視覺系統(tǒng)(CCD成像像素753×582,像素中心距10m×10m)的試驗結(jié)果表明,其采摘點位置誤差&lt;3mm。利用LRCD方法能夠很好的將成熟草莓與背景分離,通過提取分割后草莓圖像的幾何信息,可確定草莓重心和采摘點的位置。該處理方法適用于從復(fù)雜背景中提取紅色目標(biāo)。1oM 草莓收獲;機器人;LRCD變換;色差Ïms Ë| TP274 &nbsp; &nbsp;ÓcI| 1007-4333(2005)01-0048-04 &nbsp; &nbsp;ÓDS M AStudy onstrawberry harvestingrobot:.Imagesbased identificationsofstrawberrybarycenterandplucking positionZhangTiezhong, ChenLibing, SongJian(Collegeof Engineering, ChinaAgricultural University,Beijing 100083,China)Abstract During the strawberry collection process by robot, the crucial element to ensure the picking precision is thedeterminations of the ripe strawberry barycenters andthe plucking positions.The LRCD(luminance andredcolor differ-ence)method was adopted to dissect the image of strawberry.The Chromatism of each pixel in the RGB color imagewas calculatedand the result showed in a gray image.The segmentedimage wasgainedby translatingthe gray imageto a binary image after selectingan appropriate threshold.The barycenter of strawberry and the plucking position wereascertained by extracting geometry feature of the segmented strawberryimage.The result reveals that the eccentricityof the plucking position is not more than3 mmin the robot vision system(CCD pixel 753×582,distance between pixels10m×10m)in this paper.Ripe strawberry can be separated easily from the complex background by the LRCDmethod.The method is valid for pick-upof red object froma complex background.Keywords strawberry-collection;robot;LRCD;chromatism¤:s)、sÊ¥ùîS =Xµ¸¡ 1-9 ,¤:K ¦¥ùîM &nbsp;。 ¦K¤:¥1o T L×KÄ¥ ç,1³ %ñÙ5,A¶Üî T LV¯¥ßÏs Ö ,&#39;msé。2001 M °&#39; vÐ¥Bîé© L i IT ¡ÚO ¡¥¤:K ¦É ùî,m) Ø H,5|RGB äĹLab ä , ªLab äÏ¥aY¡mÉ´séYV¾ZE|¤:T LÐTül ËsYVmÏsé , ÏS j&lt;vÐÐ 2005,10(1):48-51Journalof China Agricultural University¾) ØZE1 ¯, O³Ê |2ñ´。2003 MfMÏ、Û? ¨BP *Ü© ¤:mÉsé9,¾ZE VYV¿M =| LC¤:ÐTü= Ë¥s Ö,¾ZE s =|#K“&#39;¥Y v,) ØZE¯。3¨LRCD(luminance and red color difference)ZE10sé¤:m,4 |s骤:m¥+ +,V7 ç¤:×KÄ¥ÊÂ。1 ¦“d¥Fî#ýTð Ø ¦“d 1ñ Ø1® m(°US)、 &nbsp; ³ 、 eÅ“d j $“d(m1)。 ¦ j $“d®1 û9 Ø、2 ûCCD 2fm“ 5Fî。m1 ¤:K ¦“dFîFig.1 Schematic diagram of strawberryharvesting robot¤:K ¦“d¥ýTð Ø Â/: 1 | £ ܹ ë l u× =¤:¥m,Ümséª4 | l u× = îµî ¤:¥×ÊÂ,9 ؤ:ñ ,i¿×US´¤: ½。 mMî»1ñ¤:×) H, 2 |¾¤:¥m,Ümséª4 |¾¤:×KÄÊÂ, zî m l¤:, ªMî»2ñ¤:×)。ÖÌ ë¥ T° l u× = :ûK8。¹KvK¥®¤:¥ å,¨ M¤:Tü¥ZEK¤:。2 msém2(a) U 3É ëµ ä¹ ë ¥¤:,#¥=、ÔÆÃî T L¥m。Bm® äMйçª, ĥ紹Y =0.3R+0.59G+0.11BÏ:Y¹ç´,R,GB¹RGBþ ä bWÏ Í¥3ñs 。¹ lmÏ¥£ äîs7dÐ ðþ äîs,¨LRCDZE sém。mÏ ÄBñ Í¥ äµ¹c=R-Y =0.7R-0.59G-0.11BçmÏA U äµ´¹ç´¥ äµm,| a¥´¾m=´Ä,&#39;¤s骥¤:m(m2(b)。(a)ð Sm(b)séªm2 ¤:ð Sm#LRCDEs骥mFig.2 Contrast ofimagebefore and after segmentation3 ×ÊÂ¥4 |×ÊÂ¥4 |ç : Æm äµMÐ=´Ä . u×S:× MY。 n5Ê | a¥´(&#39;ÓÏ |55)s骥m(m3)É=´Ä,Ï´ ro ., ªÉ u×S:。 u×S:&#39;Mº õ¤¥ îµ Í®ÍM¥S:, õ¤îs®ÍS:。 “¥ P9 Ø ?YV “Sç´¥MÄ MYmÏ¥ “S。 u×S:&amp;shy;ª ?| Äñ õ¤îss Ö,i9 ØòñsÖîs¥+。S: H,mÏòþ8¥S:|V100 7 S,ïv9F。m3 ¤:×H¸¥4 |Fig.3 Extraction of strawberry barycenter andboaderlineÜV u×S:ª¥òñ õ¤îs, V¨=» F°4¥V U 。 8SE :mf(x,y) ¥ ©iBÄ(x,y), ÏS:|¹ (x,y)=m ,5f(x,y)®´¹1,5®´¹0?！癡 U¥þØil , îµf(x,y)¥Ä¥“üV S:|¹m¥ u×。¿S:|¹m¥ u×, ëVV U¹A= (x,y)=m1 ,×US¹49»1 ùfMÏ©:¤:K ¦¥ùî:.¿m¥¤:×ÊÂKÄ¥ çx=1A (x,y)=mxy=1A (x,y)=my ë&lt;50 Í¥ õ¤îs, ª¹ ., h“。É 4 |, |ò õ¤îz¥H¸,|H¸ Í#× ÍS: 。) ت¥mnm3。4 KÄ¥ ç¤:×¹Ä çKÄÊÂ。KÄÊ¿¤:Tü , ½lÿ5mm。KÄÊÂ+nm4(a),mÏC¹ ØX MÄ,D¹ L= MÄ,P¹TU,G¹¤:×,E¹¤:mH¸ ¥Ä, OE,D,P,G L,DCE¥ Öÿ¹10mm。®¿CD¥ Öl,yN VÍ »¹¨D9C,&#39; ª¹D¹KÄ。8 î ,1 çKÄÊÂ,1o çTUÊÂ。¿v ÖÕ¥¤:, ïäl¿¸¥ Ø, î×_½l) ÊM,TU ¤:H¸× ÖKÉ¥Ä。 !¤:mH¸ Ä¥US¹(xi ,yi),5×¥ Ö¹(xi- x)2+(yi- y)2,yN, P¾ ÖKv¥Äü TUP。TUÊ çª,PGüÉL Æ ì1Ä, P¾Ä×¥ ÖÐTU×¥ ÖM©,¾Ä&#39;¹KÄ。m4(b) UTU#KÄ+¥4 |²T。(a)ÊÂ+(b)4 |²Tm4 ¤:KÄÊÂ+# 4 |²TFig.4 Featureof the plucking positionandextracting result5 µs#) ç¤:×KÄÊ HÚ¥Yy Í,ö1µCCD&#39; L ( /,#m) Ø ØE/。 LVü,BîvHq/&#39;“d ç× HKÁ 32 Í¥ ʵ,9 Ø V |m¥Klí¹1ñ Í,yNCCD“dµ¹1ñ Í,#ñ“d© ×¥Kv ʵ¹3ñ Í。®¿ 2 祤:×US 1祤:×USÉ ©,yN j $“d¥Ú® 2 %ç7Ð 1í1。 ! 2¥bv q¹,ô &nbsp;+ ;Ðî Ø µ=D÷DTÏ:D¹ L=þ8¥j,D¹ CCD ¥mj。¿&#39; ¦ j $“d,CCDî͹753×582, ÍÏ 10m×10m,¹0.03,5ñ“d© ×¥Kv ʵ¹=3÷=3×0.01÷0.03=1mmϹñ Íj。 MÄ¥ ʵö1®¿Í »9Á 3, LV ü,¾ ʵÿ¹× ʵ¥2, ʵ&lt;3mm。4Ú ¥sO q, Øs;vHq V4Ú“dÚ。 IÓD1 &nbsp;£ , gD 3,¥Bîé,©.¤:cÊ ¦¥ 7?J . ZYvÐÐ,1999, 33(7):880-8842 &nbsp;Cao Qixin, Masateru N, Masafurni M, et al.Study ongrade judgment of fruit vegetables using machine vision(Part2)J .JudgmentforSeveralVarietiesof Strawber-ry by Developed Software, 1996, 8(4):228-2363 &nbsp;Nagata M, KinoshitaO, Asano K, etal.Studiesonau-tomatic sorting system for strawberry(Part1)J .Jour-nalof Japanese Society of AgriculturalMachinery,1996,58(5):57-6650ÏS j&lt;vÐÐ2005 M»10 4 &nbsp;NagataM, Kinoshita O, Asano K, et al.Studiesonau-tomaticsorting system for strawberry(Part 2)J.Jour-nalof Japanese Society of Agricultural Machinery,1996,58(6):61-675 &nbsp;NagataM, KinoshitaO, AsanoK,etal.Studiesonauto-maticsorting system for strawberry(Part 31)J .Jour-nalof Japanese Society of Agricultural Machinery,1997,59(1):43-486 &nbsp;Masateru N, Cao Qixin, Masafumi M, et al.Study ongradejudgmentof fruit and vegetablesusing machine vi-sion(Part 2)J.Journalof Society of High TechnologyinAgriculture(Japan), 1996,8(4):140-1457 &nbsp;Slaughter D, Harrel R.Discriminating fruit for roboticharvestusing color in naturaloutdoor scenesJ.Trans-actions of the ASAE, 1989,32(2):757-7638 &nbsp;Ú Ì.¤: l ¦¥ùîD .Ø:ÏS j&lt;vÐ,20049 fMÏ,Û? .¿BP *Ü© ¥¤:mséJ .ÏS j&lt;vÐÐ,2004,9(4):65-6810 &nbsp;Duke M, TakashiK, YoshinobuO, etal.Acolor mod-elfor recognition of apples by a robotic harvesting sys-temJ .Journalof JSAM, 2002, 64(5):123-133·科研簡訊·2004 MÏS j&lt;vÐö1 SùîT1)科研成果及其轉(zhuǎn)化推廣成績顯著2004年度我校申報省部級科技進步獎26項,其中20項獲獎,獲獎率77%?！稗r(nóng)牧交錯帶農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展和生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)體系與模式研究”和“蛋雞全階段可利用必需氨基酸需要及理想蛋白模式”2項成果獲省部級一等獎;12項成果獲省部級二等獎中國地方豬種遺傳資源測定、體細(xì)胞克隆技術(shù)保護和擴繁優(yōu)質(zhì)種牛的應(yīng)用、絨山羊絨毛生長機理及舍飼半舍飼營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)研究、冷卻肉加工關(guān)鍵技術(shù)研究與新產(chǎn)品開發(fā)、Mozzarella干酪加工關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)、葛根有效成分提取的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)以及土壤/植株動態(tài)測試優(yōu)化推薦施肥技術(shù)的建立和應(yīng)用等。我校堅持面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場,促進重大成果與技術(shù)的轉(zhuǎn)化與推廣。據(jù)不完全統(tǒng)計,2004年“農(nóng)大系列玉米品種”推廣面積近300萬hm2,遍布19個省市自治區(qū),占全國玉米播種面積近14%;“草業(yè)產(chǎn)業(yè)化綜合技術(shù)”示范推廣面積近0.8萬hm2,經(jīng)濟效益過億元;“冬小麥節(jié)水省肥高產(chǎn)簡化四統(tǒng)一栽培技術(shù)體系”實現(xiàn)小麥每公頃產(chǎn)量75009000kg,累計推廣面積13萬hm2以上;“養(yǎng)分資源綜合管理技術(shù)”在小麥等作物上推廣4萬hm2,經(jīng)濟效益1.2億元;“農(nóng)大褐3號”節(jié)糧蛋雞新增飼養(yǎng)2000萬羽,累計近1億羽,經(jīng)濟效益89億元;“保護性耕作技術(shù)與機具”在全國13個省市自治區(qū)示范推廣66.7萬hm2以上;“飼草、秸稈機械化加工技術(shù)與機具”輻射加工范圍1333.3hm2,為企業(yè)和農(nóng)戶帶來經(jīng)濟效益800萬元;“現(xiàn)代節(jié)水灌溉設(shè)備及技術(shù)”已經(jīng)推廣到北朝鮮、埃塞俄比亞等國家;“土壤水分智能快速檢測儀器與技術(shù)”在11個省建立了21個固定墑情監(jiān)測站;“高效復(fù)合增產(chǎn)菌及其生產(chǎn)工藝”專利技術(shù),以1043萬元的價格轉(zhuǎn)讓給在美國上市的佳華生物科技公司;“高油玉米技術(shù)”成功轉(zhuǎn)讓給美國QTI公司,標(biāo)志著我國高油玉米研究工作繼續(xù)處于世界先進地位。2)科研基地建設(shè)進展順利2004年我校經(jīng)多年建設(shè)的科研基地(中心)大部分通過驗收。動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室(與中國農(nóng)科院共建)納入國家建設(shè)計劃,國家飼料工程技術(shù)研究中心通過科技部驗收,國家玉米改良中心和國家獸藥安全評價中心通過農(nóng)業(yè)部驗收,國家動物寄生原蟲實驗室納入農(nóng)業(yè)部2004年度建設(shè)計劃(經(jīng)費1200萬元),農(nóng)業(yè)部飼料效價與安全監(jiān)督檢驗測試中心(北京)和農(nóng)業(yè)部獸藥安全監(jiān)督檢驗測試中心(北京)通過審查認(rèn)可與計量認(rèn)證,功能乳品教育部重點實驗室(與北京市共建)通過建設(shè)計劃論證,教育部玉米育種工程技術(shù)研究中心通過教育部驗收,北京市教委投資200萬元,加強我校北京市重點實驗室建設(shè),我校與企業(yè)聯(lián)合申報的“動物生物反應(yīng)器國家工程研究中心”通過國家發(fā)改委初審并進入現(xiàn)場考察。另外,我校還申報草業(yè)工程中心、野生稻種質(zhì)資源保藏實驗室等,逐步完成上莊實驗站的機構(gòu)設(shè)置、前期環(huán)境調(diào)研、土地勘測和初步規(guī)劃等。(科學(xué)技術(shù)處供稿)51»1 ùfMÏ©:¤:K ¦¥ùî:.¿m¥¤:×ÊÂKÄ¥ ç</p>