成熟柑橘的图像识别及空间定位研究

模式识别 中文核心期刊 《微计算机信息》(测控自动化)2007年第23卷第12．1期 文章编号：1008—0570(2007)12—1—0224-02 成熟柑橘的图像识别及空间定位研究 Image Recognition and Three-dimensional Location of Mature Oranges from Nature Scene (江苏大学1蔡健荣 李玉良 范 军 周小军 CAI JIANRONG LI YULIANG FAN JUN ZHOU XIAOJUN 摘要：采用 RGB颜 色系统中2R—G—B色差的 Ostu自适应闽值分割的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 可以将单果、多果、部分重叠及遮挡的成熟柑橘 自 动、快速识别；优化圆形 Hough变换逼真地拟合 出目标 图像的形心坐标及半径 ；提 出一种新的基 于特征的匹配策略，结合双 目立体成像技术实现空间目标的准确定位。经过验证，识别率>95％，当工作距离小于 1．0 m时．距离误差可以控制在±O．8cm 以内，算法准确快捷、鲁棒性好 、通用性强 关键词：识别；定位：圆形 Hough变换；双目立体视觉 中图分类号：TP242．6+2 文献标识码：A Abstract：A new method is presented according to the self-adjusting threshold of 2R-G—B， the algorithm can recognize single or multi—fruits easily and accurately． especially a portion of the fruits overlapped or sheltered； the Circular Hough transfoliB arithmetic can simulate the object image centroid coordinates and radius realistically：The new match technique of the binocular stereo vision can loeate the objects accurately、 The result shows that the recognition correctness rate iS high uD to 95％． and when the WOrk dis． tance iS less than 1．0m．almost all the errors are less than 0．8cm．the algorithm iS effective、robust and universa1． Key words：Recognition，Location，Circuar Hough transformation，Binocular stereo vision 引言 机器人采摘果实．首先要识别成熟果实．然后确定果实的空 间位置，最后执行采摘工作。蔡健荣等研究了在球形 HS1颜色 转换系统中，利用 Otsu算法自动获取分割阈值，提取目标区域： 杨国彬等直接使用R、G、B三分量作为贝t-I-斯分类器的输入进 行目标与背景的分类；张瑞合直接利用图像的二维直方罔，经 腐蚀与膨胀后提取背景区边缘的拟合曲线来实现彩色图像的 分割；Grasso等研究了机器人采摘系统，但对果实遮挡或天气变 化影响较大，只有86％检出率和5％的误识率：Harrell等对柑橘 类采摘机器人进行了研究，用色调、饱和度以及RGB颜色信息 进行分类，这种分类方法将成熟的柑橘或其它水果从背景中分 离比较有效，但需要人工照明，并且不能 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 到有遮挡的果实； 荷兰农业环境工程研究所(IMAG B．V．)研究开发了一种移动式 黄瓜收获机器人样机：王新忠等基于 YIQ彩色模型．采用色度 阈值分割法进行成熟番茄图像的分割识别，何鑫等提出基于游 程长度编码(RLE)的算法图像处理。 目前大多方法停留在理论研究阶段，对单果、无遮挡、色泽 差别大的研究较多，而对粘连、遮挡和重叠的情况涉及较少，如 何很好解决遮挡果实的识别问题也是农业机器人发展必须解 决的问题。为此，在前人研究成果和存在问题的基础上。本文提 出一种自然场景下成熟柑橘识别定位方法。 1 识别 成熟柑橘、树叶、树枝的颜色信息不同，通过颜色阈值进行 分割可以得到目标图像。将分割后的彩色图像转换为二值图 蔡健荣：博士 副教授 基金项目：国家863项目(2006AA10Z263) 江苏省高校 自然科学基金资助项目(05KJB210019) 像，经过形态运算消除小点噪声，通过区域标记，根据区域面积 和形态去除面积较大的误分割区域，然后进行区域填充、轮廓提 取 ，并采用圆形 Hough变换提取成熟果实的圆心坐标、半径等 特征值。整个程序执行流程如罔 l所示。 轮廓提取 H Hough变换 卜_—+『提取圆心、 径 图 l处理流程网 1．1成熟果实的分割及 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 选择 1)颜色分割 对不同条件下拍摄的图像．用不同颜色模型分析比较，发现 利用 RGB系统中的色差分量 2R—G—B进行 Ostu自适应闽值分 割，分割效果最理想 ，且快速、准确，分割效果如图 2b所示。当 存在重叠和粘连时．将分割后的彩色图像转换成HSI颜色系 统，求T=Sqrt(SxI)图像，再用laplacian—guasian算子进行边缘检 测，并和分割图像的二值图像相乘得到一幅新的图像，对该图像 进行连续腐蚀和膨胀的形态学运算(3次)，可以分割重叠图像， 如图2f所示 2)噪声去除 分割后的图像经过二值化处理后，存在随机噪声和误分割 区域。首先，采用结构元素为3x3的正方形模板，进行3次腐蚀 和3次膨胀的形态学运算，消除随机噪声。其次，对图像各区域 作标记，统计出标记图像中各个区域的像素数(面积)，并设定作 为背景去除的面积阈值为最大区域面积的1，3：但图像中仍可能 存在其他背景无法去除。例如枯叶等与柑橘颜色相近的物体，经 图像分割后这些物体仍然存在，且面积较大。本研究采用求区 域外接矩形，并计算外接矩形长宽比．综合考虑图像面积与外接 224—360元 ／年 邮局订阅号：82．946 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 软件天地 中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2007年第23卷第12．1期 其他模块．达到整体显示效果。 如果数据量较大，通讯时间将会较长，应用程序应给用户以 进度提示。上位机应根据数据长度和波特率估算通讯所需时间， 显示模块在接收完数据后应给上位机返回应答信号，上位机在 估计时间内未收到应答信号，应提示用户通讯失败。以下是该 系统的串行通讯协议： 传送显示数据及显示模式数据帧格式(下行)： 起始标志 l行地址l歹JJ地址l点阵数据长度 I模块数，行I模块 数／列l显示模式l点阵数据l校验和l结束标志 启动屏幕扫描指令(广播)： 匝[匝 至咽 数据接收完毕应答信号(上行)： 匝[匝口亚丑 回 目前随着数字处理技术飞速发展．特别是 DSP芯片的迅速 普及．多色甚至真彩全动态 LED大屏幕技术已越来越成熟和普 及，但单色无灰度LED以其低成本、低价格的优势并未被市场 所淘汰。本文所介绍的实现 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 具有一定的实用价值。限于篇 幅，本文仅介绍了一些编程要点，一些细节技术问题还有待读者 亲自体会或参考其它相关资料。 参考文献 『11诸昌钤．LED显示屏系统原理及工程技术．第一版，成都 ：电 子科技大学出版社，2000：206页 【2】曹智威 卞志强 杨晓林 等．DELPHI 6实用编程技术．第一 版，北京：中国水利水电出版社，2002：315页 【3】孙涵芳／徐爱卿．MCS一51、96系列单片机原理及应用．修订 版，北京：北京航空航天大学出版社 ，2001：424页 f41韩润萍，陈小萍．点阵LED显示屏控制系统『J1微计算机信 息，2003．10，19：50—52 作者简介：甄玉杰(1972一)，男(汉)，河北唐山人，毕业于河北理 工大学自动化系，现为承德石油高等专科学校电气与电子工 程系讲师，主要研究方向自动化技术；李玉红(1972一)毕业于河 北理工大学自动化系．在承德医学院计算机教研室工作，主要 研究方向计算机技术应用及嵌入式系统。攻读合肥工业大学 的工程硕士；康金(1978一)毕业于河北工业大学自动化系，在承 德石油高等专科学校电气与电子工程系工作，主要研究方向 嵌入式系统。 Biography：Zhenyujie(1972一)，male(han ethnic)，graduated from Automation Department of Hebei polytechnic University， is working for Electrical and Electronic Engineering Department of Chengde Petroleum College as a instructor． Main research area is Automation technology． (067000 河北承德 承德石油高等专科学校电气与电子工程 系)甄玉杰 康金 (067000 河北承德 承德医学院计算机教研室)李玉红 崔国栋 (Department of Electrical and Electronic Engineering， Chengde Petroleum CoHege，067000，China)Zhen Yujie Kang Jin (Department of Computer， Chengde Medical College，067000， China)Li Yuhong Cui Guodong 通讯地址：(067000 河北承德 承德石油高等专科学校电气 与电子工程系)甄玉杰 (收稿日期：2007．9．03)(修稿 日期：2007．10．15) (上接第225页) 3 实验结果与分析 处理了92幅不同条件下拍摄的图像，准确识别出88幅，识 别正确率在 95％以上，用左右摄像头各拍摄的46幅图像进行 匹配，正确匹配42幅，匹配正确率达90％以上，错误识别和匹 配的主要原因：1)．果实成熟度不够、反光等使识别出的成熟区域 只占整体果实的一部分；2)．果实变形导致提取的果实轮廓与圆 形相差较大；3)．因为遮挡、重叠过大或者存在多重重叠(遮挡重 叠部分超出果实整体的 1／2)；4)．拍摄的角度不同、基线过宽，使 图像中果实出现无法匹配；5)．摄像机校正的方法和精度等。 4 结束语 本文提出的复杂场景下成熟柑橘识别定位技术在MAT- LAB7．0．4和 Visual C++2003编译环境下编程实现。综上所述可 以得出以下结论：1)2R—G—B阈值的分割算法。能适应户外光线 变化、复杂场景下成熟柑橘识别率较高；2)优化的圆形Hough 变换算法。通过目标轮廓提取类球形果实的圆心坐标和半径．解 决了果实间部分重叠 、粘连及或轻微遮挡的问题；3)提出了一 种简捷有效图像匹配策略，在物距 m时，实际定位误差<0．8em； 4)该技术稍加修改，可用于其它有明显颜色差异的球形果实的 识别定位 本文创新点：1．采用色差2R—G—B和Ostu自适应阈值的分 割算法。对户外光线明暗变化适应性好，橙黄色成熟柑橘基本上 都能识别，识别率比较高 2优化的圆形 Hough变换算法，比较 准确地提取出顺、逆光、晴阴天不同条件下采集到果实的形心及 半径特征，解决了果实间部分重叠、粘连及轻微遮挡引起的特征 无法提取的问题；3．提出了一种简捷有效的图像匹配策略，且在 物距 m时．实际定位误差 cm。 经济效益：目前许多国家都把农业机器人作为高科技农业 的重要研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 和关键技术加以研究开发，本文对农业收获机 器人应用的关键部分视觉识别空间定位方面进行了探索性的研 究，为未来农产品的采摘的系统化、农业现代化等方面有着重要 的现实意义。 参考文献 【1]Grasso，G．．and M．Recce．Scene analysis for an orange picking robot．In Proc．Int．Congress for Computer Technology in Agricul— ture(ICCTA 96)，1996． 『21王新忠，毛罕平，林明伟．基于YIQ彩色模型的成熟番茄图像分 割识别．中国农业工程学会学术年会，2005：332—335． 【3】何鑫，刘立柱．机器人足球视觉系统中的实时图像处理[J】．微计 算机信息，2005，8—21：49—50，1 13． 作者简介：蔡健荣(1966一)，男，上海人，博士，副教授，主要从事 农产品无损检测技术和农业机器人方面研究；李玉良(1978一)， 男，河南漯河人，硕士研究生，主要研究方向为计算机图像处理、 机器视觉方面。 Biography：Cai Jian—rong，Born in 1966，Han，mail，Doctor，as- sociate professor，Research filed：Undestructive Detecting of agi- culture products& Agricultural robot． (212013 江苏 镇江 江苏大学食品与生物工程学院) 蔡健荣 李玉良 范军 周小军 通讯地址：(212013 江苏省镇江市学府路301号 江苏大学食 品与生物工程学院)蔡健荣 f收稿日期：2007．9．03)(修稿日期：2007．11．05) 一 314—360．,L，年 邮局订阅号：82．946 维普资讯 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