[發明專利]一種基于RGB?D的自動移栽“苗情?作業效果”復合檢測方法

有效

• 申請號: 201610137982.8
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105783819B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 劉繼展;朱新新;李茂
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01B21/02
• 分類號: G01B21/02
• 代理公司: 江蘇縱聯律師事務所32253
• 代理人: 蔡棟

所屬技術領域

本發明涉及農業機器人領域，特別涉及一種基于RGB-D的自動移栽“苗情-作業效果”復合檢測方法。

背景技術

在穴盤苗移栽中常常面臨育苗穴盤的秧苗生長不齊情況，缺苗和缺陷苗普遍存在，同時移栽過程也會引起苗株與苗坨的破損。育苗盤的缺苗將導致“抓空”和“漏栽”，而缺陷苗和移栽破損則導致缽苗移栽后出苗不齊、生長狀況不良，從而影響產量并造成農業資源的浪費。為此，在穴盤苗自動移栽中加入監測系統，引導和輔助移栽裝備作業，對保證移栽質量和效率、提高全苗率和生長一致性水平具有重要的意義，成為自動移栽的關鍵技術之一。國內外對穴盤苗移栽中的監控問題展開了大量研究。

在技術手段上，利用側裝光電傳感器僅能進行苗的“有無”檢測，但無法獲取更多信息和滿足可靠性要求。而多數研究集中于基于可見光圖像進行苗株監測上。但是，從可見光圖像基于顏色差異進行作物分割會受到自然場景內復雜背景的嚴重影響，更對葉片重疊或越界問題無法提供滿意的解決方案，各類基于可見光圖像的改進算法與立體視覺均僅對特定葉片和重疊、越界較輕情況有效，而在葉片繁茂和嚴重跨界重疊時出現很大誤差，其適應性、穩健性和實時性均無法滿足自動移栽的實時可靠監控要求。目前發達國家荷蘭Visser、TTA、Flier等公司的自動移栽裝備產品所配備的視覺監測系統，亦明確僅在苗株不覆蓋臨近穴孔時才能有效，因而嚴重限制了其推廣和廣泛應用。

在監測環節上，已有研究集中于對“取前”盤內的和“栽后”的苗株狀態檢測，基于苗株形態參數進行育苗盤內的缺苗與缺陷苗判定，或生長盤內的苗株生長質量檢測。上述檢測方式存在明顯的不足：

(1)首先，在穴盤或生長區域內，多株苗共存，其植株互相交叉遮擋，無論從側面或頂部進行檢測，均會受到復雜背景和重疊遮擋的嚴重影響，對檢測造成極大困難；

(2)均僅對苗株進行檢測，而無法對苗坨的完整性等做出檢測和判斷，因而無法實現對移栽作業效果的評定和反饋。

發明內容

針對現有穴盤苗自動移栽中的監測技術不足，本發明提供一種基于RGB-D的自動移栽“苗情-作業效果”復合檢測方法,實現對苗情和作業效果的復合檢測評估。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案包括以下步驟：

步驟一，取苗爪(1)從穴盤(7)內夾拔苗坨(2)上升，苗坨(2)離開穴盤(7)并使苗坨(2)的上表面中心到達取出位A；

步驟二，RGB-D相機(3)對在取出位A的被夾持狀態的苗坨(2)和苗株(6)進行探測，視場內包括取苗爪(1)、苗株(6)、苗坨(2)和背景，RGB-D相機(3)同步獲取視場內按RGB-D相機坐標系(4)一一對應的深度數據和顏色數據；

步驟三，將RGB-D相機坐標系(4)轉換為苗坨坐標系(5)，進而將按RGB-D相機坐標系(4)一一對應的深度數據和顏色數據轉換為按苗坨坐標系(5)一一對應的深度數據和顏色數據；

步驟四，在苗坨坐標系(5)內，以取出位A為苗坨坐標系(5)的原點，設定下水平面E₁和上水平面E₂，其中下水平面E₁為z＝-z₀-⊿z，其中z₀為完整苗坨(2)的高度，⊿z為考慮苗坨(2)高度誤差、移栽機構定位誤差等的安全量；其中上水平面E₂為z＝z_max+⊿z，其中z_max為苗株(6)的統計最大高度；

將下水平面E₁和上水平面E₂范圍之外的深度數據和顏色數據同步去除，從而縮減有效數據量和去除冗余背景信息的干擾；

步驟五，在苗坨坐標系(5)內，設定與苗坨(2)同中心線的豎直圓柱面B，豎直圓柱面B的直徑為L_max+2⊿L，將豎直圓柱面B之外的深度數據和顏色數據同步去除，從而進一步縮減有效數據量和去除冗余周圍信息的干擾，而僅剩余取苗爪(1)和被夾持的苗坨(2)與苗株(6)這三個對象的深度數據和顏色數據；其中L_max為苗株(6)的統計最大葉片展幅，⊿L為考慮苗坨(2)展幅誤差、移栽機構定位誤差等的展幅安全量；

步驟六，在苗坨坐標系(5)內，進一步在去除冗余信息的深度數據和顏色數據，針對從下水平面E₁到取出位A的高度范圍內的苗坨(2)的深度數據，檢測是否有苗坨(2)，從而判斷取苗爪(1)是否順利取到苗坨(2)；