[發明專利]一種油茶果花識別定位系統

在審

• 申請號: 201711278179.7
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109886062A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 王偉;房銀杰;王春巖;廉博超
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種油茶果花識別定位系統，特征在于該系統包括：(1)Raspberry Pi、(2)底座、(3)電機支架1、(4)伺服電機1、(5)伺服電機2、(6)Kinect體感器、(7)電機支架2；所述(6)Kinect體感器安置在(7)電機支架2的頂部，通過標準USB接口與(1)Raspberry Pi進行數據通信；所述(1)Raspberry Pi內安裝有圖像處理程序，圖像處理程序包括果花識別程序、果花定位程序和電機驅動程序三部分；(1)Raspberry Pi可通過GPIO口控制兩自由度云臺轉動，所述兩自由度云臺結構包括(2)底座、(3)電機支架1、(4)伺服電機1、(5)伺服電機2、(7)電機支架2，所述(4)伺服電機1安置在(3)電機支架1上，所述(4)伺服電機2安置在(7)電機支架2上，所述(2)底座用于固定系統結構。

2.如權利要求1所述的一種油茶果花識別定位系統，其特征在于，所述果花識別程序是將彩色圖像中非油茶花和油茶果的背景部分去除，將油茶花和油茶果目標的輪廓分別繪制出來，過程如下：使用SLIC圖像分割算法對彩色圖像進行分割處理，將圖像變成由超像素組成的彩色圖像；將經過分割處理后的彩色圖像進行Lab顏色空間轉換，并計算每個超像素體的屬性值，屬性值包括灰度均值、熵、一致性度量、標準差；根據各超像素的屬性值之間的特征距離，利用FCM聚類算法從彩色圖像中分割出油茶果像素區域和油茶花像素區域，并分別進行輪廓繪制。

3.如權利要求1所述的一種油茶果花識別定位系統，其特征在于，所述果花定位程序是將圖像中油茶花的各像素點的空間坐標和油茶果各點像素和中心點的空間坐標提取出來，過程如下：

步驟一：利用彩色圖像上油茶果和油茶花輪廓內各像素點云坐標一一對應其在深度圖像上的深度數據，計算油茶花和油茶果的空間點云坐標；

步驟二：提取二自由度云臺當前在水平方向的轉動角度α和豎直方向的轉動角度β，利用機器運動學算法校正油茶花和油茶果的空間點云坐標；

步驟三：利用彩色圖像中油茶果輪廓線凸包的谷底對輪廓線進行分段，再將分段的輪廓線分別進行最小二乘橢圓擬合，對擬合橢圓中心點的平面坐標和輪廓線內部各像素點的深度數據均值計算中心點的空間坐標和橢圓的長軸半徑，對擬合橢圓長軸半徑超出3cm的輪廓線重新分割若凸包不存在谷底則將此輪廓線剔除，對兩中心點之間空間距離小于0.5cm的輪廓線進行重組，循環進行拆分組合直到所有的輪廓線皆符合條件，記錄所有的擬合橢圓的中心點坐標作為油茶果單位的中心點坐標；

步驟四：記錄所有油茶花各表面點云坐標和各油茶果單位的中心點空間坐標和表面點云坐標，完成對果花的空間定位。

4.根據權利要求3所述的一種油茶果花識別定位系統，其特征在于，所述步驟一中所述計算油茶花和油茶果的空間點云坐標的方法，具體包括利用點在彩色圖像中的坐標x，y以及該點的深度值z計算空間坐標系下的坐標，具體步驟如下：首先計算換算關系RealWorldXtoZ＝2tan(a/2)、RealWorldYtoZ＝2tan(b/2)，獲取深度圖像的寬度值，高度值與距離的比值，a表示水平視角角度值，b表示垂直視角角度值；然后，求像素點在實際平面坐標下的x，y值：NormalizedX＝x/outputMode.nXRes-0.5，即深度圖像左側在x軸負方向上，右側在x軸正方向上，同樣NormalizedY＝0.5-y/outputMode.nYRes，上側在y軸正方向上，下側在y軸負方向上；最后計算空間坐標x′＝NormalizedX×Z×RealWorldXtoZ、y′＝NormalizedX×Z×RealWorldXtoZ、z′＝z。

5.根據權利要求3所述的一種油茶果花識別定位系統，其特征在于，所述步驟二中所述機器運動學算法，具體包括利用二自由度云臺在水平方向的拍攝角度α以及垂直方向拍攝角度β校正當前空間坐標，保證在二自由度云臺拍攝角度改變的境況下各點空間坐標不受影響，過程如下：對當前空間坐標點P(x,y,z)進行空間坐標校正，水平方向上的校正矩陣為垂直方向上的校正矩陣為校正后的空間坐標為P′(x,y,x)＝R(z,α)·R(y,β)·P(x,y,z)。