[發明專利]一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人局部運動控制方法

有效

• 申請號: 201510065339.4
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104731097B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 趙穎;張翠華;孫群;楚曉華;趙棟杰
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業)37231
• 代理人: 杜文娟

技術領域

本發明涉及智能噴藥機器人視覺控制領域，具體地講，涉及一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人局部運動控制方法。

背景技術

美國白蛾是一種世界性檢疫害蟲，繁殖能力強，危害樹種廣，在我國北方一般一年發生3代，每代分幼蟲、蛹、成蟲三個時期。幼蟲期危害樹木最為嚴重，孵化幾個小時即吐絲結網附于葉片上，取食葉肉，整個幼蟲期間取食量極大，造成植物長勢衰弱，抗逆力低，甚至整株死亡。幼蟲網幕較明顯，是實施防治的最佳時機。目前常采用人工摘除網幕和化學藥劑大規模噴施的防治方法，但這些方法簡單粗放污染重，基于機器視覺的智能精密對靶施藥是解決這一問題的方法之一。

目前使用的噴藥控制策略大都基于某種空間轉換模型對機械臂的參數進行精準控制，該方法雖然精度高但計算量大、噴藥效率低、易受干擾，對于美國白蛾幼蟲網幕這種發生期短的大規模野外作業不適用。

發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人局部運動控制方法，可以快速確定最優噴藥位置，既減少了噴藥量又可以實現快速噴藥，達到良好的滅蟲效果。

本發明采用如下技術方案實現發明目的：

一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人局部運動控制方法，其特征是：包括如下步驟：

(1)設計噴藥機器人的局部運動路徑，噴藥機器人按照設定的路徑運行并實時采集對應樹木目標的圖像；

(2)根據圖像特征提取美國白蛾幼蟲網幕目標，并估算網幕目標與機器人的手眼執行機構間的相對距離L，并確定距離執行機構L處的物體的圖像平面面積S和噴藥覆蓋面面積S′；

(3)令μ＝S′/S，S為圖像平面面積，S′為噴藥覆蓋面面積，當μ>0.5時，執行簡單的掃描控制策略，當μ<＝0.5時，執行掃描、對靶、噴藥三種運動的復雜策略，最終確定最優噴藥位置。

作為對本技術方案的進一步限定，所述步驟(2)根據圖像特征提取美國白蛾幼蟲網幕目標包括如下步驟：

(2.1)對視頻圖像進行穩像處理以便獲得穩定的單幀圖像；

(2.2)根據美國白蛾幼蟲網幕圖像色彩分布特征，選擇RGB顏色空間，分析網幕、葉片和樹枝的各通道數據的差值，采用R-B色差模型并結合最大類間方差法和閾值算法，分割網幕圖像，使用Freeman編碼算法和區域標記計算出每一區域的面積，使用多個面積的平均值和標準方差確定面積雙閾值，進行殘余噪聲去除，最后使用改進的膨脹腐蝕法進行圖像補償，最終圖像中的目標區域表現為大片連續的白色區域。

作為對本技術方案的進一步限定，所述步驟(3)的簡單的掃描控制策略包括如下步驟：

(1)確定噴藥機器人局部運動軌跡，每個掃描行之間的距離h公式如下：

h＝0.8*b*δ，其中，δ為距離執行機構L處的二維垂直立面A上的物體與其圖像中的成像大小的對應比例關系，b是圖像中的噴藥覆蓋范圍的內接正四邊形的邊長；

(2)最佳噴藥位置的確定：相機向右平移時，設變量Left、Down初值為零，用來標記輸入圖像Q中噴藥區域M范圍內的左側、下側邊緣區域是否有未噴藥的目標，輸入圖像Q為從視頻流中獲取的靜態單幀圖像，為避免因慣性等造成漏噴將距離邊緣小于其總長度的1/4的點組成的區域稱為敏感區域，首先在手眼執行機構運動過程中使用上述單幀圖像處理方法實時檢測圖像中是否有目標區域，設噴藥區域M經檢測其中有目標區域，檢測M中敏感區域中是否有白色目標，若左側敏感區域中有，則將Left置為true，若下側敏感區域中有,則將Down置為true，若Left和Down有一者為true，則表示進入最佳噴藥位置，否則不需噴藥；

(3)重復步驟(2)，直到滿足掃描終止條件，即相機位于可運動區域最左端或最右端，且距離可運動區域最上端不足掃描行之間的距離h，即不足以進行下一行掃描。

作為對本技術方案的進一步限定，所述步驟(3)的復雜的掃描控制策略包括如下步驟：

(1)掃描主運動的確定：h＝0.8*d*δ，其中，δ為立面A上的物體與其圖像中的成像大小的對應比例關系，d是成像圖像的高度；