[發明專利]基于RGB-D相機的馬鈴薯圖像采集裝置及芽眼識別和定位方法

在審

• 申請號: 201810879003.5
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN108830272A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 譚彧;田芳;劉星星;呂昊暾;李寶勝;楊圣慧
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;G06K9/00;G06K9/46;G06K9/38;G06K9/62;G06T7/70;G06T7/80;G06T7/30;G06T17/00
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 謝建玲;郝亮

本發明涉及一種基于RGB?D相機的馬鈴薯圖像采集裝置及芽眼識別和定位方法。圖像采集裝置包括三個RGB?D相機，分別從三個不同的角度采集馬鈴薯樣本的彩色圖和深度圖。在圖像處理部分，對彩色圖經過預處理和基于掩膜的目標提取方法獲得馬鈴薯目標圖像，然后使用Adaboost算法和Haar?like特征訓練分類器，識別芽眼區域，并求得芽眼區域的二維坐標；對RGB?D相機進行標定，得到每個RGB?D相機的內部參數和外部參數，結合相應相機所采集的深度圖和彩色圖生成點云；使用迭代最近鄰點算法將三組點云依次配準，得到馬鈴薯樣本的三維模型；然后將所得芽眼的二維坐標轉換為馬鈴薯樣本三維模型所在三維空間下的坐標，實現馬鈴薯芽眼三維定位，為實現馬鈴薯種薯切塊的自動化奠定基礎。

技術領域

本發明涉及一種馬鈴薯圖像處理方法，尤其是一種基于多視角RGB-D相機的馬鈴薯圖像采集裝置及芽眼識別和定位方法。

背景技術

馬鈴薯是世界上除小麥、玉米和水稻之外的第四大糧食作物。在中國，為了大力推進馬鈴薯的主糧化進程，在生產環節，采取了大量措施以提高馬鈴薯的種植面積、單產水平和總產量，促進了馬鈴薯生產全過程中耕種和收獲階段的機械化與自動化的大力發展，但是馬鈴薯種薯播前處理階段的自動化水平還不夠高。

在馬鈴薯種植中，優質的種薯是獲得高產的基本保障。經研究，用于播種的種薯，單個重量50～70g時可獲得較高的產出，單個重量>70g時增產效果不明顯，但是成本增加，因此大種薯直接用于播種造成了原料浪費和經濟損失。生產適宜大小的種薯需要控制播種密度，且易受品種、土壤環境、氣候條件和耕作制度等多種因素的影響，其成熟的技術在中國尚未大面積普及，因此中國用于播種的馬鈴薯存在大量大種薯。在播種前可對大種薯進行切塊處理，其優勢是，能促進塊莖內外的氧氣交換，破除休眠，使種薯提早發芽出苗，苗齊、苗壯，有利于縮短馬鈴薯的生長期；且可以充分利用芽眼，降低成本，提高經濟效益。

根據觀察總結，芽眼在馬鈴薯表面的分布規律為：頂部芽眼較密集，而尾部幾乎沒有芽眼；頂部到尾部間的區域所分布的芽眼為側芽，側芽數量從頂部到尾部逐漸減少。

目前，馬鈴薯種薯的切塊方式主要有人工切塊和機械切塊兩種。人工切塊是由人眼觀察種薯芽眼的分布，然后判斷切塊路徑并人工執行。這種切塊方式依賴工作人員的經驗判斷，種薯芽眼利用率不穩定，且勞動強度大，工作效率低，人工成本高。機械切塊相對人工切塊提高了切塊速度，但是切塊前缺乏對種薯芽眼位置的智能識別，所得薯塊上隨機的存在0個或多個芽眼，需要人工進一步分揀剔除，工作效率較低，且造成了一定量的種薯浪費。

因此，馬鈴薯種薯的芽眼識別及定位對實現自動化切塊具有重要意義。

郁志宏等(郁志宏,郝慧靈,張寶超.基于歐氏距離的發芽馬鈴薯無損檢測研究[J].農機化研究,2015,37(11):174-177.)基于機器視覺系統采集發芽馬鈴薯的二維圖像，然后利用歐氏距離的算法分割并標記出發芽部位，識別正確率達94％。

田海韜(田海韜,趙軍,蒲富鵬.馬鈴薯芽眼圖像的分割與定位方法[J].浙江農業學報,2016,28(11):1947-1953.)等基于馬鈴薯的二維圖像識別芽眼。首先使用歐氏距離算法在彩色空間圖像上分割芽眼區域，同時對灰度空間圖像進行圖像模糊增強以后采用動態閾值法分割芽眼區域，結合兩個空間的分割結果定位出芽眼的位置，識別正確率達到96％。

上述研究從二維圖像的角度識別并定位馬鈴薯芽眼，達到了較好的效果。但是馬鈴薯具備三維立體結構，將二維圖像上的識別結果直接應用到馬鈴薯切塊會產生一定的誤差。因此，在基于二維圖定位馬鈴薯芽眼的基礎上，將其投影到三維空間，從而獲得芽眼相對于馬鈴薯樣本的三維坐標是有必要的。

公布號為CN108053485A的專利公開了“一種基于輪廓圖像的馬鈴薯三維建模方法”，通過提取視角相互垂直的兩組二維圖像輪廓上的角點，并篩選得到特征點。用特征點建模生成馬鈴薯外形骨架，從而創建和拾取閉合曲面，實體化得到三維模型。