[發明專利]一種旋轉可調式雙目視覺的目標識別定位裝置及其在農業果實采摘機械的應用

有效

• 申請號: 201310473133.6
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103529855A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 鄒湘軍;劉念;羅承宇;林桂潮;熊俊濤;黎垣昌;鐘偉奇
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00;G06K9/62;A01D46/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松;付曄

技術領域

本發明涉及農業采摘領域，特別涉及一種旋轉可調式雙目視覺的目標識別定位裝置及其在農業果實采摘機械的應用。?

背景技術

現有的農業果實采摘機械多為人工采摘或手工操作簡單機構采摘，通常僅適宜小范圍內作業，存在人工費用高、采摘效率低、自動化程度低等問題，很難適應農業果實的大規模種植和采摘要求。要提高農業果實采摘機械的智能化水平，首先要提高對果實的識別和定位效率。生長在植物或樹上的果實的形狀、尺寸、顏色、生長位置等差異性很大，而且果實總是隨機分布生長，但現有的農業果實采摘機械一般采用固定的目標識別定位裝置，只能在某一個角度范圍內獲得果實的圖像信息，對自然生長的果實的識別范圍受到限制。現有目標識別定位裝置主要包括：固定在機械手的未端執行器械上或機械手上的單目、雙目識別系統，其視角無法調節，且僅適合對單個水果或包含少量果實的一串植株的識別。而且，現有目標識別定位裝置中固定位置的攝像機很難一次性識別出一個植株長度上的許多小果實，且當植株豎直下垂生長需要適當調節視角時，也無法有效識別。因此，現有裝置無法讓采摘機構在不損傷果實的前提下一次全部采下果實。對于這種生長特殊的小林果實的采摘，需要采摘機械的視覺系統能不斷調整視覺范圍和角度，以獲得最佳的水果目標識別定位環境和受到光照最小影響的視角，但現有的農業果實采摘機械也無法滿足這一要求。因此，研究和開發具有可調式目標識別定位裝置的農業果實采摘機械，對于提高勞動生產效率、降低成本、保證果蔬品質要求具有重大意義。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種快速識別、準確定位、成本低的旋轉可調式雙目視覺的目標識別定位裝置。?

本發明的另一目的在于提供上述目標識別定位裝置在農業果實采摘機械上?的應用。?

本發明的目的通過下述技術方案實現：?

一種旋轉可調式雙目視覺的目標識別定位裝置，包括支架、攝像機和圖像處理系統；所述支架包括兩根縱向導軌1和兩根橫向導軌4，橫向導軌4與縱向導軌1采用滑動連接以實現攝像機在Z軸方向的移動；所述攝像機是通過底座5固定于支架上的兩個左右對稱設置的攝像機7，底座5可以繞Y軸進行旋轉，從而帶動攝像機7在Y軸方向的旋轉以提高攝像機的觀測角度和范圍，底座5與橫向導軌4采用滑動連接以實現攝像機在X軸方向的移動。?

所述圖像處理系統是指對圖像信息進行處理的計算機軟件與硬件系統，包括圖像處理硬件和圖像處理軟件。所述圖像處理硬件包括圖像采集卡、PC機；所述圖像處理軟件包括圖像處理算法及其程序模塊。其中圖像采集卡的主要功能是對攝像機所獲取的圖像數據進行實時的量化，并將其轉換為數字圖像，同時提供與PC機的高速接口，將數字圖像存儲在計算機中。?

所述兩個左右對稱設置的攝像機7是兩個CCD攝像機，鏡頭相距10～25cm，且它們之間的距離可以調節。?

所述圖像處理系統的操作過程包括下述步驟：?

（1）攝像機標定：確定攝像機的視覺成像系統的內部參數和外部參數，即視覺成像系統對應的目標由圖像坐標到世界坐標的映射關系；?

（2）圖像采集：將攝像機獲取的圖像進行量化后轉換為數字圖像，并將其輸入、存儲到計算機中；?

（3）圖像預處理：對存儲到計算機中的數字圖像進行對比度增強、平滑和圖像增強的預處理；?

（4）顏色空間轉換：將圖像從RGB顏色空間轉換到YCbCr顏色空間，用以適當減弱在室外環境下太陽光對圖像的干擾，獲取目標最佳的顏色特征；?

（5）圖像分割與目標提取：采用圖像分割算法，從獲取的包含復雜背景的圖像中分割出農業果實圖像，然后從分割出的農業果實圖像中識別和解譯有意義的物體實體；?

（6）目標定位：目標提取完成后，得到該目標在圖像中的幾何位置信息，即獲得農業果實在圖像中的坐標位置，然后結合攝像機標定結果及雙目視覺的視差原理，將二維坐標轉換到真實三維空間坐標，最終求取目標的三維位置信息。?

一種農業果實采摘機械，包括上述目標識別定位裝置、移動平臺3、果箱2和夾持機械手6；所述移動平臺3在水平Y軸方向上移動；所述目標識別定位裝置的縱向導軌1固接于移動平臺3的前部，夾持機械手6及其控制部分位于移動平臺3的中部，果箱2位于移動平臺3的尾部。?

所述夾持機械手6包括后臂8、前臂9和夾持手爪10；夾持手爪10固接在前臂9上并由前臂9帶動，用于夾緊農業果實；前臂9與后臂8之間通過軸連接，且前臂9可以繞連接軸在豎直平面內做旋轉運動，后臂8與移動平臺3的主體連接。?