草莓采摘机器人的研究:Ⅱ.基于图像的草莓重心位置和采摘点的确定

成熟草莓果实重心和采摘点的确定是草莓采摘机器人采摘收获作业中的关键问题。采用LRCD (lumi nanceandredcolordifference)方法分割草莓图像。在RGB色彩模型中 ,求得图像中每个像素的色差 ,在灰度图像中显示以色差值为灰度值的色差图像 ,取合适的阈值对该图像二值化 ,得到分割后的草莓图像 ;提取分割后草莓图像的几何特征 ,从而确定草莓的重心位置和采摘点。采用本文所述的机器人视觉系统 (CCD成像像素 75 3× 5 82 ,像素中心距 10 μm× 10 μm)的试验结果表明 ,其采摘点位置误差 <3mm。利用LRCD方法能够很好的将成熟草莓与背景分离 ,通过提取分割后草莓图像的几何信息 ,可确定草莓重心和采摘点的位置。该处理方法适用于从复杂背景中提取红色目标     

基于图像增强和α角度模型的K均值小麦冠层分割算法的改进

[目的]本文旨在克服光照不均引起的低对比度、反光、阴影、光斑及遮挡等对大田复杂背景下小麦冠层图像分割的干扰。[方法]设计了一种结合脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network,PCNN)与同态滤波的自适应图像增强和基于L*a*b*颜色空间α角度模型的K均值聚类分割算法。首先,将小麦冠层图像转换到HSI颜色空间,采用自适应算法对HSI空间的I分量进行增强处理,适当调节饱和度S分量,补偿光照强度分布不均,去除阴影及拉大对比度;其次,将增强处理后的图像映射到L*a*b*颜色空间,提取a*、b*分量建立α角度模型;最后,基于α进行K均值聚类分割处理。[结果]拔节前后光照强度不一、光照不均的冬小麦冠层图像的分割试验结果表明,该算法可一定程度避免基于L*a*b*颜色空间α角度分量K均值聚类的过分割现象;改善基于HSI空间H分量K均值聚类的欠分割缺陷,且对光斑、阴影遮挡、反光突出的图像分割更完整准确。[结论]本算法可为大田复杂背景下光照多变的作物冠层图像分割提供参考方法。     

基于RGB彩色模型的草莓图像色调分割算法

针对目前草莓采摘机器人草莓图像分割运算量大、耗时多等问题,根据CIE-XYZ颜色模型及其色度图,提出了一种在RGB彩模型中进行草莓图像色调分割的方法。该方法无需彩色模型转换,时间复杂性能较Lab彩色模型下a通道阈值分割算法与BP神经网络分割算法优越。对该算法进一步改进后,只需加减运算,无需乘除运算。试验结果表明:该算法能很好地实现成熟草莓果实与图像背景的分离,并较好的保存草莓轮廓信息,分割效率>85%;进一步对分割后的图像进行形态学处理,如膨胀、腐蚀等,有效消除了孔洞现象。     

基于多阈值算法的包装箱内香蕉区域的图像分割方法

采用基于阈值技术的自动分割算法实现香蕉包装箱图像的分割。在手动分割的区域内离散选取香蕉和背景区域的像素点,并分别提取RGB,HSV和CIE L*a*b*3个色彩空间内共计9个颜色特征值,通过统计分析确定使用3个分别来自B,L*和b*分量的阈值进行自动分割算法的设计。采用直观对比的方法进行定性评价,其结果显示,手动和自动分割区域的轮廓基本相似;采用面积比作为指标进行定量评价,其结果显示,该算法对10个测试样本的平均面积比为80%以上。测试结果表明,该自动分割算法对香蕉包装箱图像的总体分割效果良好,可以为香蕉催熟房实时品质监控系统的实现提供关键技术。     

自然环境下山核桃果实的图像识别提取方法

研究了自然环境下成熟山核桃果实的机器视觉图像识别方法。通过分析顺光、逆光、遮挡等环境下拍摄的山核桃成熟待采时的果实图像,确定了2R-G-B色差模型,用最佳阈值函数进行图像分割,经形态学滤波后采用Canny算子进行边缘检测,提取出复杂背景下山核桃果实的轮廓。试验结果表明,该方法对山核桃果实的有效识别率达86.7%,可为山核桃采摘机器人的研发提供技术参数。     

基于G-R分量与K-means的马铃薯病虫害图像分割

针对复杂背景下马铃薯病虫害图像色彩复杂多样的问题,提出了一种基于G-R分量与K-means的图像分割方法。该方法首先提取G-R分量灰度化图像,然后对图像进行中值滤波和形态学变换操作以去除部分背景,最后将处理过后的图像转换到L*a*b*色彩空间并提取ab分量进行K-means聚类分割。本文利用该方法将暗头豆芫菁及芫菁、马铃薯重花叶病毒病及马铃薯黄痿病病斑从原彩色图像中准确提取了出来。该方法能够较为准确、完整地将目标病虫害从彩色图像中提取出来,在马铃薯病虫害治理方面有较好的应用价值。     

基于颜色特征的图像分割方法及其在足球机器人中的应用

提出一种新的适用于跟踪移动机器人的视觉系统的彩色图像分割技术,这种方法采用符合人类视觉特性的HIS颜色空间表示图像的颜色特性,利用人对颜色的感知来对颜色分量进行非等间隔的量化并形成特征矢量,根据HIS颜色空间三个基本分量合成的一维特征矢量直方图进行分割,并克服HIS颜色空间存在不可避免的奇点对图像分割的影响.另外采用一种基于背景图像的非均匀光照修正算法,应用在足球机器人中.实验结果表明该方法不仅使目标定位和方向角更精确,而且提高动态环境下的鲁棒性.     

基于机器视觉的苹果果袋检测方法

针对机械手摘除苹果果袋时的图像识别问题,提出了一种通过转换颜色空间的分割算法:将RGB颜色空间的图像转换到L*a*b*颜色空间,进行自适应阈值分割、去噪、面积提取等处理后,获得果袋分割后的图像,并计算出果袋的重心坐标。实验结果表明,当果袋遮挡面积不大于果袋总面积的25%时,重心坐标水平方向误差≤10.5 mm,垂直方向误差≤8.8 mm,满足机械手进行果袋摘除的定位要求。利用该方法进行果袋图像分割可解决光照强度对图像检测影响的问题。     

基于可见光谱色彩指标Otsu 法的水稻冠层图像分割

水稻冠层数字图像分析技术在水稻生长监测、氮营养诊断及产量预测上具有应用潜力,而水稻像元精确分割、提取是水稻冠层数字图像分析结果准确、稳定、可靠的前提。最大类间方差法(Otsu法)具备分割质量稳定、自适应强的特性,分割效果较好,是一种常用的阈值分割方法。通过提取计算水稻冠层图像9种图像色彩指标R、G、B、CIEL*a*b*色彩空间的L*、a*、b*分量、HSV色彩空间的H分量、绿度叶片指数(GLD)以及植被指数(VIGreen),并以各种图像色彩指标的Otsu法对水稻冠层图像进行分割,比较其图像分割效果。结果表明,水稻和土壤像元的a*、b*、GLD、VIGreen色彩指标双峰性明显,且重叠性小,可作为分割水稻与土壤背景的候选图像色彩指标;基于a*、GLD、VIGreen色彩指标的Otsu法的分割精度较高,且基于a*色彩指标的Otsu法对水稻冠层图像分割效果的信噪比最大、误差率最低,其次是基于VIGreen色彩指标的Otsu法;基于CIEL*a*b*色彩空间的a*色彩指标是Otsu法的水稻冠层图像分割中较优的图像色彩指标。     

基于机器视觉的玫瑰花检测与特征提取

种植环境下的玫瑰花分布紧密、互相遮挡,为准确检测并提取玫瑰花的特征,基于机器视觉对玫瑰花的颜色和形状进行识别与处理。首先选取双边滤波对玫瑰花图像去噪,然后采用六角锥体模型颜色空间（hexagonal cone colour model,HSV）提取玫瑰花颜色,创建滚动条函数对六角锥体颜色模型各分量图阈值分割从而确定最佳阈值,最后运用形态学运算、面积阈值、孔洞查询填补等方法提取玫瑰花轮廓,并提出玫瑰花内切圆形状拟合算法,将拟合内切圆的圆心和半径作为玫瑰花图像特征。结果表明,玫瑰花颜色阈值能够有效去除玫瑰花枝叶、泥土等图像,形状拟合算法能有效提取玫瑰花的形状特征,并擦除玫瑰花苞。运用该算法单朵玫瑰花识别率为98.17%,3朵及以下重叠玫瑰花的识别率为92.67%,4朵及以上重叠玫瑰花的识别率为74.07%,被枝叶遮挡的玫瑰花识别率为83.03%,该套机器算法在复杂的种植环境中能有效识别并提取玫瑰花的特征值,结果可为玫瑰花采摘机器人研究提供重要技术支撑。     

基于高斯混合模型的类人机器人果实辨识研究

针对类人机器人的特点,设计了一个具有果实辨识功能的类人机器人系统。类人机器人自带的摄像头作为视觉系统,通过视觉系统收集彩色果实图片,将RGB颜色转换成HSV颜色,结合高斯混合模型算法,通过训练得到每类果实所对应的分类器模型参数,构造分类器,实现类人机器人对果实准确高效的识别。     

成熟期苹果计数方法研究———以黄土高原样本为例证

对比RGB(红,绿,蓝)颜色空间下各颜色分量间多种色差运算的自适应阈值分割与基于H(色调)和S(饱和度)的K均值聚类算法对苹果影像的分割,选取适宜于自然生长状态下成熟期苹果影像分割的最佳算法分割目标物.在影像分割的基础之上,通过计算影像中苹果区域的总面积与单果平均面积之商确定苹果数目.试验结果表明:1.1×R-G色差运算结合自适应阈值分割算法对成熟期苹果影像有较好的分割效果;以影像中苹果总面积与单果平均面积之商确定苹果数目的算法准确率可达82.18%,计数方法准确率高.     

自然光照条件下苹果识别方法对比研究

针对自然光照条件下果园苹果识别效果不佳的问题,从苹果的颜色分割和形状提取2方面进行对比研究,提出一种自然光照条件下的苹果识别方法。利用错检率、漏检率和处理速度3个量化指标综合对比分析颜色阈值、SVM和BPNN 3种苹果颜色分割方法的处理效果。比较6种边缘检测算法对苹果区域图像的边缘检测效果,并使用Hough圆检测算法对苹果形状进行提取,以获得苹果的圆心和半径。试验结果表明:由BPNN的苹果颜色分割方法以及结合Log和Hough的苹果形状提取方法所构建的果实识别算法具有较高的鲁棒性和准确性,能有效克服果实遮挡、重叠和颜色变异等问题,果实平均识别率可达91.6%。     

基于掩模及亮度校正算法的脐橙表面缺陷分割

【目的】 本研究旨在有效解决果皮有缺陷的水果图像在去除背景时部分缺陷被误分割为背景,以及水果表面缺陷难以有效分割提取的问题。【方法】 以I分量图来构建掩模模板,根据其灰度直方图信息,通过双峰法选择单一阈值（T=75）分以纽荷尔脐橙为研究对象,提出基于HSI颜色空间模型法去除背景割背景并填充孔洞得到掩模模板I_mask,然后掩模模板I_mask与I分量图通过点乘运算得到去除背景的I分量图;提出基于多尺度高斯函数图像亮度校正算法对去除背景后的I分量图像进行亮度校正,通过构建多尺度高斯函数滤波器,将去除背景后的I分量图与构建的多尺度高斯函数进行卷积运算即得到去除背景后的I分量图像表面光照分量图,最后将去除背景后的I分量图与得到的光照分量图进行点除运算即得到去除背景后的I分量图像亮度校正图;然后采用单一全局阈值法对脐橙表面缺陷进行提取。【结果】 基于HSI颜色空间模型法去除背景,可在有效去除背景的同时完好保留脐橙的表面信息,有利于后续操作;基于多尺度高斯函数的图像亮度校正算法分别对6种常见脐橙缺陷进行图像亮度校正后采用单阈值法提取缺陷,使不同灰度等级的脐橙表面缺陷一次性分割成功,其中分割率最高为100%,最低为88.5%,整体达92.7%。通过试验分析后发现造成部分误分割或漏分割的原因主要在于部分缺陷果缺陷处颜色较轻,与正常区域灰度差较小,从而造成漏分割;还有部分缺陷果由于缺陷面积小,在图像形态学处理过程被误认为是噪声而被去除;同时发现正常果的误判率也达到了10.8%,经分析发现误判的正常果表皮组织区域的褶皱位于图像的边缘区域,从而被误认为是边缘区域的缺陷,导致误判。【结论】 基于HSI颜色空间模型法去除背景及基于多尺度高斯函数的图像亮度不均校正算法对纽荷尔脐橙图像背景分割和去除背景后的I分量图像表面亮度校正均取得了较好的效果,能有效识别脐橙缺陷区域,为脐橙精确分级提供了技术支持,也为其他果品表面缺陷快速检测提供了一种新思路。     

Lab色彩模型下梯度Hough圆变换的成熟草莓识别

自然生长状态下的草莓,果实密集,形状多变,枝叶遮挡率较高,使用机器采摘对成熟草莓的图像识别具有一定的难度。针对这个问题,提出了Lab色彩模型下采用梯度Hough圆变换的成熟草莓识别方法。以自然生长状态下的草莓图像为研究对象,在Lab色彩模型空间里对图像分割及阈值化并采用梯度Hough圆变换等方法,识别成熟草莓并计算出草莓中心。试验结果表明,对随机选取的100张草莓图片,该方法识别成熟草莓的相对偏差为1.07%,对枝叶遮挡、成熟草莓相互遮挡等情况,具有较好的识别效果。与传统的Hough变换相比,这一方法节省了运行内存,提高了时间效率,能够满足机器采摘对成熟草莓识别率与定位的要求。     

支持向量机和最大类间方差法结合的水稻冠层图像分割方法

针对田间多变光照强度给水稻冠层图像分割带来的难题,探讨了一种基于支持向量机(SVM)和最大类间方差法(OTSU法)相结合的水稻冠层图像分割算法。首先,从不同光强条件下的水稻冠层图像中采集代表性水稻和背景像元构建训练图像S1和S2,通过分析水稻S1和背景S2两类图像在RGB色彩空间中R、G、B色彩特征值的分布频率,rgb(标准化RGB)色彩空间中r、g、b色彩特征值的分布频率,CIE L*a*b*色彩空间中L*、a*、b*色彩特征值的分布频率,以及HSV色彩空间中H、S、V色彩特征值的分布频率,筛选出具有明显双峰特征的g、a*、b*和S作为关键色彩特征;然后,在由g、a*、b*和S色彩特征构成的多维色彩空间中采用支持向量机学习算法获得分隔水稻和背景像元的优化超平面Z(Z=0.421g+0.753 a*+0.152 b*+0.051S+0.085);最后,计算水稻冠层图像中每一像元的Z值,并用最大类间方差法计算分割阈值Z_t,从而实现水稻冠层图像分割。为了评价该分割方法,以90幅不同光强(阴天、多云和晴天)条件下采集到的田间水稻冠层图像作为测试图像,并以常用的ExGOTSU分割方法作为对比,分析该分割方法的分割精度和光强稳健性。结果表明,Ex GOTSU方法的精确度显著受光强条件影响,随着光强强度的提高而显著降低,光强稳健性差;该研究所提分割方法对阴天、多云和晴天条件下水稻冠层图像的分割误差为7.30%、8.72%和8.98%,分割精确度较高,且具有良好的光强稳健性。因此,该基于支持向量机和最大类间方差法相结合的水稻冠层图像分割方法具有较高的分割精度和光强稳健性,可为田间多变光照条件下水稻冠层图像精准分割提供技术参考。     

基于RGB颜色相似度的成熟草莓图像分割

针对复杂背景下的成熟草莓图像,提出了一种基于RGB颜色相似度的成熟草莓图像分割算法（CS\|BASED RSIS）。首先提取成熟草莓区域,确定成熟草莓的主颜色,然后遍历待分割的图像,求出每个像素点相对于主颜色的颜色比和相似度,进行颜色相似度的阈值分类,最后经多次膨胀和去除小面积对象的数学形态学处理,输出分割结果。试验结果表明,在无粘连无遮挡、无粘连有遮挡、有粘连有遮挡3种复杂环境下,与OTSU等图像分割算法相比,CS\|BASED RSIS算法不仅能达到更好的分割效果,而且平均分割时间仅为0965 s,能满足成熟草莓机械化采摘的实时性要求。     

成熟番茄的图像识别及其位姿的获取研究

针对自然生长状态下成熟番茄图像的识别问题,提出选用YIQ颜色空间,采用Otsu最大类间方差法分割图像,然后用面积阈值的方法消除噪声,来获取成熟番茄图像的目标区域;然后用矩法来求目标区域的质心位置和惯性主轴,用惯性主轴的角度来标识果实果轴的方向,进而获取果实的生长姿态。实验结果表明,用这种方法可以取得较好的效果。     

复杂背景下油茶果采收机重叠果实定位方法研究

油茶果机械化振动采摘技术关键在于振动点选取,判断振动点选取取决于果实生长密度测算和分布估计.然而自然环境下重叠果实的识别对判定结果有较大的影响,因此提出一种基于凸壳识别的分割边界优化方法,提升重叠油茶果识别与分割准确度.该方法先将原始图像转换颜色空间,经过阈值分割和形态学处理获得重叠果实的凹区域,然后在此基础上通过Harris角点检测得到区域的特征点集,利用主成分分析(PCA)和欧式距离方法分析特征点距离关系得到分割路径,最后采用最小二乘法对分割后的目标区域进行拟合重建得到果实轮廓.对比重建的果实轮廓与真实分布图像,该方法的平均定位误差为8.6％,比Hough方法低5.1％;平均耗时为0.52 s,比Hough方法低0.12 s.结果 表明,提出的方法可以有效解决重叠油茶果实识别与分割问题,为采摘装置的振动点选择奠定基础.