[發(fā)明專利]果實自動識別分類及采摘的果園智能化系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811282948.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109220226A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李蘭英;楊平;侯偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種果實自動識別、分類及采摘的智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括對果實的識別，不同品種的分類和采摘的三個任務(wù)，主要工作如下，首先采用工業(yè)攝像機(jī)，實時拍攝區(qū)域內(nèi)圖像。對圖像進(jìn)行預(yù)處理，使用邊緣輪廓提取等方法，識別圖像內(nèi)果實，將果實特征部分分離出來。其次通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對圖片進(jìn)行判斷，確定果實種類。然后通過顏色識別方法判別果實成熟度。最后將果實信息如位置、種類和成熟度發(fā)送采摘設(shè)備，設(shè)備根據(jù)信息自動進(jìn)行分析完成采摘任務(wù)。本發(fā)明提供了智能輔助果實采摘系統(tǒng)，對果實進(jìn)行分類，判別成熟度等方法來采摘。該發(fā)明節(jié)省了人力資源，提升了工作效率，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重大意義，有很高的推廣前景。圖1是系統(tǒng)流程圖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)中果實識別、采摘的技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)計了果實自動識別分類及采摘的果園智能化系統(tǒng)。在果實識別的過程中運用了傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等結(jié)合。在果實分類的過程中運用了數(shù)字圖像處理技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分類判斷。在果實采摘的過程中運用了智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)。系統(tǒng)技術(shù)說明如圖1。整體系統(tǒng)使用了多技術(shù)的融合，提高了系統(tǒng)運行的效率和準(zhǔn)確度，提升了多學(xué)科交叉的應(yīng)用能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性和自適應(yīng)性。經(jīng)過多種技術(shù)的相互結(jié)合，也彌補(bǔ)了各個方法之間的不足，揚長避短，使識別能力和采摘系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化。

背景技術(shù)

隨著社會的繁榮發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步探索，逐漸研制出各種提高果實產(chǎn)量的方法，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了人們的需求。但是隨著農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量迅速的增加，又面臨著一個新問題，果園的工作量劇增，工作者的數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的要求，導(dǎo)致工作效率降低，增大了果農(nóng)的工作量，導(dǎo)致內(nèi)部不平衡。而準(zhǔn)確的定位并識別果實，對果實信息進(jìn)行獲取是果園內(nèi)智能作業(yè)的重要部分。

目前在果園技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域，水果的采摘作業(yè)主要靠人力完成，工作員工勞動量大，工作效率低，消耗成本高，是一件費時費力的工作。雖有部分采摘技術(shù)和識別技術(shù)得以應(yīng)用，但普遍存在應(yīng)用單一性，識別率低以及非智能性等相關(guān)問題。

因此，為了解決果園內(nèi)部工作量的增加，果農(nóng)的工作效率達(dá)不到產(chǎn)出的標(biāo)準(zhǔn)，有必要提出一種水果果實自動識別、分類以及采摘的果園智能化系統(tǒng)來緩解果農(nóng)的壓力，可對不同種類果實分別進(jìn)行采摘，有望解放果農(nóng)，使果農(nóng)無需在這種單一的工作上耗費精力。同時也提升了工作效率，使處理環(huán)節(jié)與產(chǎn)出量相對應(yīng)，有助于在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上進(jìn)一步的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是發(fā)明了果實自動識別分類及采摘的果園智能化系統(tǒng)，輔助甚至可代替果農(nóng)的尋找采摘果實的工作，解決果園內(nèi)果實采摘跟不上水果產(chǎn)出的進(jìn)度，提高了果園內(nèi)的工作效率，緩解了果農(nóng)的工作量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

（1）本發(fā)明的果實獲取方法，采用了工業(yè)攝像機(jī)獲取圖像，包括樣本采集、信息定位分析、數(shù)據(jù)傳遞。所述方法包括采集果實圖像、確定圖像內(nèi)像素點在實際環(huán)境中的距離、圖像信息打包、信息傳輸?shù)炔襟E。

（2）本發(fā)明的分離果實方法，先對圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像內(nèi)雜物的干擾，使圖像整體明了，容易辨別。分析圖像信息，如圖像顏色分布規(guī)律等，采用數(shù)字圖像處理中的相應(yīng)算法，對圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。對顏色信息進(jìn)行分析，采用融合色差信息和歸一化顏色模型的分割技術(shù)，將圖像中的果實與背景分離，便于下一步的操作。

（3）確定果實種類，將分割出的果實圖像進(jìn)行分析，判斷果實的品種。首先分析果實的外觀形狀，判斷果實所屬的大類別；接下來根據(jù)果實顏色進(jìn)行區(qū)分，分析果實的顏色，在大類別中篩選出與其相符合的水果種類；最后，通過計算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行訓(xùn)練，得到最終的果實品種。

（4）判斷果實成熟度，上一步驟中已經(jīng)確定了果實類別，在這里使用圖像處理技術(shù)，對圖像像素點RGB通道進(jìn)行分析，據(jù)得到的顏色分析圖譜，結(jié)合已測量出的果實大小，可判別該果實是否成熟。若成熟，確定果實可以采摘，將可采摘信息通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給采摘設(shè)備；若不成熟，則發(fā)送不可采摘指令。