[發明專利]基于機器視覺深度信息的茶蓬刀具調節方法及采茶系統

在審

• 申請號: 202210959463.5
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115328019A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 易文裕;王攀;熊昌國;耿胤;周彥君;鄧佳
• 申請（專利權）人: 四川省農業機械研究設計院
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;A01D46/04;G06V10/147;G06V10/44;G06V20/40
• 代理公司: 成都海成知識產權代理事務所(普通合伙) 51357
• 代理人: 龐啟成

本發明涉及機器視覺的自動化控制技術領域，基于機器視覺深度信息的茶蓬刀具調節方法及采茶系統，所述的基于機器視覺深度信息的茶蓬刀具調節方法包括：步驟S1、固定深度相機位置，步驟S2、獲取茶葉采取長度和步驟S3、調整刀具位姿狀態，本申請的茶蓬刀具調節方法，在采茶設備運行過程中利用深度相機隨時記錄并收集整理相機與茶蓬之間的相對距離，然后將其轉化為茶葉實時長度，以此判斷刀具與茶蓬的距離能否使切割出來的茶葉長度處于允許的長度范圍內，并根據判斷結果實時調整刀具的高度和偏轉角度，使得切割出來的茶葉的長度始終位于合理的區間，從而保證茶園作業的穩定性，保證刀具最佳切入深度以實現茶蓬的最優采摘。

技術領域

本發明涉及機器視覺的自動化控制技術領域，基于機器視覺深度信息的茶蓬刀具調節方法及采茶系統。

背景技術

茶葉切割采集是傳統農業領域中歷史悠久且十分常見的一項產業需求，通常由人工采集或由半自動機械裝置結合人工操作完成。由于茶園長時間受光照影響，茶蓬茶葉具有數量繁多、點與點之間的相互關聯性不強以及常規圖像采集結果中的噪點較多的特點。因此，如何快速且有效地識別出茶葉長度一直是計算機圖形學中研究的方向之一。

傳統的計算機視覺研究都停留在利用RGB相機采集茶葉圖像或利用RGBD相機對于葉片輪廓的提取上，雖然這兩種方法能夠較為精確地提取出茶葉輪廓模型，但由于茶蓬茶葉數量眾多，所需的計算量及儲存量都很大，采茶效率不高且采茶質量低下，對硬件要求極高，所需成本也極高，不利于成品機型的量產及實際應用。

發明內容

本發明的目的在于：針對目前采茶所需的計算量及儲存量很大，采茶效率不高且采茶質量低下的問題，提出了一種基于深度感知的自適應茶蓬幾何信息估計方法，實現茶蓬高度的實時檢測，并且簡化圖像處理步驟，從傳統的局部茶葉輪廓提取轉變為深度信息采集；接著將深度相機的三維空間數據應用到仿形自走式采茶機，根據采集到的深度信息計算出對應的茶葉長度，然后根據采集到的兩處茶葉長度判斷當前裝置的大致位姿信息，結合刀具運動的限制條件，根據該信息實現刀具智能調姿，即刀具的上升、下降或是傾斜，從而保證最佳切入深度以實現茶蓬的最優采摘。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

基于機器視覺深度信息的茶蓬刀具調節方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1、固定深度相機位置：固定深度相機與采茶設備之間的相對位置，并且獲取深度相機與刀具之間的相對位置數據；

步驟S2、獲取茶葉采取長度：利用深度相機獲取刀具處茶蓬的視頻幀，所述視頻幀的數據為包括有深度信息的三維空間數據，并通過所述視頻幀的數據計算得出刀具的刀刃邊緣至茶蓬頂之間的距離，所述刀具的刀刃邊緣至茶蓬頂之間的距離為茶葉采取長度，

步驟S3、調整刀具位姿狀態：將步驟S2中所述茶葉采取長度與預期茶葉長度相比較，對所述刀具的位置位姿狀態進行調整，使所述茶葉采取長度滿足茶葉預期長度的要求，所述刀具的位置位姿狀態調整包括對所述刀具進行上升和下降的調整，

在所述步驟S3中，所述刀具的位置位姿狀態調整包括下述步驟：

設相機到刀具最高點的豎向距離為a_near，相機到茶蓬最高點的豎向距離為l_near，

所述茶葉采取長度＝a_near-l_near，

設茶葉合格的最小長度為b₁和茶葉合格的最大長度b₂，

若a_near-l_near∈[b₁，b₂]，刀具高度保持不變；