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

:K :.m:K 張鐵中 陳利兵 宋健(S j<v,100083)l :2004-09-06 “:SE/ ?Z9' “(2001AA422300)Te:fM, q,p V 3 =,1V Y 3 31 j< ,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753582,像素中心距10m10m)的試驗結果表明,其采摘點位置誤差<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雜背景中提取紅色目標。1oM 草莓收獲;機器人;LRCD變換;色差ms | TP274    cI| 1007-4333(2005)01-0048-04    DS 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 753582,distance between pixels10m10m)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)、sS =X 1-9 ,:K M  。 K:1o T LK ,1 %5,A T LVs ,'ms。2001 M ' vB L i IT O :K ,m) H,5|RGB Lab , Lab aYms;YVZE|:T LTl sYVms , S j<v 2005,10(1):48-51Journalof China Agricultural University) ZE1 , O |2。2003 MfM、? BP * :ms9,ZE VYVM =| LC:T= s ,ZE s =|#K“'Y v,) ZE。3LRCD(luminance and red color difference)ZE10s:m,4 |s:m+ +,V7 :K。1 “dF#T “d 1 1 m(US)、   、 e“d j $“d(m1)。 j $“d1 9 、2 CCD 2fm“ 5F。m1 :K “dFFig.1 Schematic diagram of strawberryharvesting robot:K “dT /: 1 | l u =:m,ms4 | l u = :,9 : ,iUS: 。 mM1:) H, 2 |:m,ms4 |:K, z m l:, M2:)。 T l u = :K8。KvK: , M:TZEK:。2 msm2(a) U 3 :,#=、 T Lm。Bm M, Y =0.3R+0.59G+0.11B:Y,R,GBRGB bW 3s 。 lm s7d s,LRCDZE sm。m B c=R-Y =0.7R-0.59G-0.11BmA U m,| am=,'s:m(m2(b)。(a) Sm(b)sm2 : Sm#LRCDEsmFig.2 Contrast ofimagebefore and after segmentation3 4 |4 | : m M= . uS: MY。 n5 | a(' |55)sm(m3)=, ro ., uS:。 uS:'M MS:, sS:。 “ P9 ?YV “SM MYm “S。 uS:&shy; ?| ss ,i9 ss+。S: H,m8S:|V100 7 S,v9F。m3 :H4 |Fig.3 Extraction of strawberry barycenter andboaderlineV uS: s, V= F4V U 。 8SE :mf(x,y) iB(x,y), S:| (x,y)=m ,5f(x,y)1,50。“V Uil , f(x,y)“V S:|m u。S:|m u, VV UA= (x,y)=m1 ,US491 fM:K :.m:K x=1A (x,y)=mxy=1A (x,y)=my <50 s, ., h“。 4 |, | zH,|H # S: 。) mnm3。4 K : K。K:T , l5mm。K+nm4(a),mC X M,D L= M,PTU,G:,E:mH , OE,D,P,G L,DCE 10mm。CD l,yN V D9C,' DK。8 ,1 K,1o TU。v :, l , _l) M,TU :H K。 !:mH US(xi ,yi),5 (xi- x)2+(yi- y)2,yN, P Kv TUP。TU ,PGL 1, P TU M,'K。m4(b) UTU#K+4 |T。(a)+(b)4 |Tm4 :K+# 4 |TFig.4 Featureof the plucking positionandextracting result5 s#) :K HYy ,1CCD' L ( /,#m) E/。 LV,B;vHq/'“d HK 32 ,9 V |mKl1 ,yNCCD“d1 ,#“d Kv 3 。 2 :US 1:US ,yN j $“d 2 %7 11。 ! 2bv q,  + ; =DDT:D L=8j,D CCD mj。' j $“d,CCD753582, 10m10m,0.03,5“d Kv =3=30.010.03=1mm j。 M 1 9 3, LV , 2, <3mm。4 sO q, s;vHq V4“d。 ID1   , gD 3,B,.:c 7?J . ZYv,1999, 33(7):880-8842  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  Nagata M, KinoshitaO, Asano K, etal.Studiesonau-tomatic sorting system for strawberry(Part1)J .Jour-nalof Japanese Society of AgriculturalMachinery,1996,58(5):57-6650S j<v2005 M10 4  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  NagataM, KinoshitaO, AsanoK,etal.Studiesonauto-maticsorting system for strawberry(Part 31)J .Jour-nalof Japanese Society of Agricultural Machinery,1997,59(1):43-486  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  Slaughter D, Harrel R.Discriminating fruit for roboticharvestusing color in naturaloutdoor scenesJ.Trans-actions of the ASAE, 1989,32(2):757-7638   .: l D .:S j<v,20049 fM,? .BP * :msJ .S j<v,2004,9(4):65-6810  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 MS j<v1 ST1)科研成果及其轉化推廣成績顯著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)恢復重建技術體系與模式研究”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、體細胞克隆技術保護和擴繁優(yōu)質(zhì)種牛的應用、絨山羊絨毛生長機理及舍飼半舍飼營養(yǎng)調(diào)控技術研究、冷卻肉加工關鍵技術研究與新產(chǎn)品開發(fā)、Mozzarella干酪加工關鍵技術與設備研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)、葛根有效成分提取的產(chǎn)業(yè)化關鍵技術以及土壤/植株動態(tài)測試優(yōu)化推薦施肥技術的建立和應用等。我校堅持面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場,促進重大成果與技術的轉化與推廣。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”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”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)水灌溉設備及技術”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”在11個省建立了21個固定墑情監(jiān)測站;“高效復合增產(chǎn)菌及其生產(chǎn)工藝”專利技術,以1043萬元的價格轉讓給在美國上市的佳華生物科技公司;“高油玉米技術”成功轉讓給美國QTI公司,標志著我國高油玉米研究工作繼續(xù)處于世界先進地位。2)科研基地建設進展順利2004年我校經(jīng)多年建設的科研基地(中心)大部分通過驗收。動物營養(yǎng)學國家重點實驗室(與中國農(nóng)科院共建)納入國家建設計劃,國家飼料工程技術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)通過審查認可與計量認證,功能乳品教育部重點實驗室(與北京市共建)通過建設計劃論證,教育部玉米育種工程技術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,我校與企業(yè)聯(lián)合申報的“動物生物反應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設置、前期環(huán)境調(diào)研、土地勘測和初步規(guī)劃等。(科學技術處供稿)511 fM:K :.m:K