草莓采摘机器人的研究 基于图像的草莓重心位置和采摘点的确定

<p>¤:K ¦¥ùî:.¿m¥¤:×ÊÂKÄ¥ ç张铁中 陈利兵 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 成熟草莓果实重心和采摘点的确定是草莓采摘机器人采摘收获作业中的关键问题。采用LRCD(lumi-nance andredcolor difference)方法分割草莓图像。在RGB色彩模型中,求得图像中每个像素的色差,在灰度图像中显示以色差值为灰度值的色差图像,取合适的阈值对该图像二值化,得到分割后的草莓图像;提取分割后草莓图像的几何特征,从而确定草莓的重心位置和采摘点。采用本文所述的机器人视觉系统(CCD成像像素753×582,像素中心距10m×10m)的试验结果表明,其采摘点位置误差&lt;3mm。利用LRCD方法能够很好的将成熟草莓与背景分离,通过提取分割后草莓图像的几何信息,可确定草莓重心和采摘点的位置。该处理方法适用于从复杂背景中提取红色目标。1oM 草莓收获;机器人;LRCD变换;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。“V 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·科研简讯·2004 MÏS j&lt;vÐö1 SùîT1)科研成果及其转化推广成绩显著2004年度我校申报省部级科技进步奖26项,其中20项获奖,获奖率77%。“农牧交错带农业综合发展和生态恢复重建技术体系与模式研究”和“蛋鸡全阶段可利用必需氨基酸需要及理想蛋白模式”2项成果获省部级一等奖;12项成果获省部级二等奖中国地方猪种遗传资源测定、体细胞克隆技术保护和扩繁优质种牛的应用、绒山羊绒毛生长机理及舍饲半舍饲营养调控技术研究、冷却肉加工关键技术研究与新产品开发、Mozzarella干酪加工关键技术与设备研究及产业化开发、葛根有效成分提取的产业化关键技术以及土壤/植株动态测试优化推荐施肥技术的建立和应用等。我校坚持面向国民经济主战场,促进重大成果与技术的转化与推广。据不完全统计,2004年“农大系列玉米品种”推广面积近300万hm2,遍布19个省市自治区,占全国玉米播种面积近14%;“草业产业化综合技术”示范推广面积近0.8万hm2,经济效益过亿元;“冬小麦节水省肥高产简化四统一栽培技术体系”实现小麦每公顷产量75009000kg,累计推广面积13万hm2以上;“养分资源综合管理技术”在小麦等作物上推广4万hm2,经济效益1.2亿元;“农大褐3号”节粮蛋鸡新增饲养2000万羽,累计近1亿羽,经济效益89亿元;“保护性耕作技术与机具”在全国13个省市自治区示范推广66.7万hm2以上;“饲草、秸秆机械化加工技术与机具”辐射加工范围1333.3hm2,为企业和农户带来经济效益800万元;“现代节水灌溉设备及技术”已经推广到北朝鲜、埃塞俄比亚等国家;“土壤水分智能快速检测仪器与技术”在11个省建立了21个固定墒情监测站;“高效复合增产菌及其生产工艺”专利技术,以1043万元的价格转让给在美国上市的佳华生物科技公司;“高油玉米技术”成功转让给美国QTI公司,标志着我国高油玉米研究工作继续处于世界先进地位。2)科研基地建设进展顺利2004年我校经多年建设的科研基地(中心)大部分通过验收。动物营养学国家重点实验室(与中国农科院共建)纳入国家建设计划,国家饲料工程技术研究中心通过科技部验收,国家玉米改良中心和国家兽药安全评价中心通过农业部验收,国家动物寄生原虫实验室纳入农业部2004年度建设计划(经费1200万元),农业部饲料效价与安全监督检验测试中心(北京)和农业部兽药安全监督检验测试中心(北京)通过审查认可与计量认证,功能乳品教育部重点实验室(与北京市共建)通过建设计划论证,教育部玉米育种工程技术研究中心通过教育部验收,北京市教委投资200万元,加强我校北京市重点实验室建设,我校与企业联合申报的“动物生物反应器国家工程研究中心”通过国家发改委初审并进入现场考察。另外,我校还申报草业工程中心、野生稻种质资源保藏实验室等,逐步完成上庄实验站的机构设置、前期环境调研、土地勘测和初步规划等。(科学技术处供稿)51»1 ùfMÏ©:¤:K ¦¥ùî:.¿m¥¤:×ÊÂKÄ¥ ç</p>