水果采摘机器人末端操作器定位装置的实现

针对采摘机器人末端操作器对目标果实的定位问题,提出了利用集成锁相环路解码器LM567与红外线光电开关相结合组成位置传感器的方法,实现对作业对象的精确定位.通过对传感器工作原理的分析和试验,验证了对作业对象进行定位的可行性.     

基于伪球算子边缘模型的猪前景帧检测

针对固定区域监控非刚体前景目标的活动,提出一种基于边缘像素模型的、低计算代价的前景帧检测法。根据帧序列中前景帧的边缘像素稳定性远远小于背景像素的特性,首先采用伪球边缘检测算子提取每帧的帧边缘;接着根据帧序列滑动窗口帧数和背景边缘像素判定阈值,提取非背景边缘图像;然后根据边缘像素点数量阈值,消除噪声边缘;最后根据序列帧噪声边缘判断阈值,判断当前帧是否为前景帧。在具有相当平滑性的条件下,伪球算子的边缘定位误差小于canny算子。猪舍区域检测猪只目标的试验表明,采用不到原图像像素总数的3%的边缘像素点,可以有效地适应背景光线变化及前景运动缓慢或短暂滞留等情况,为后继的猪只运动分析创造有利条件。     

基于MFICSC算法的生菜图像目标聚类分割

生菜图像目标分割是基于图像处理的生菜生理信息无损检测的前提。为了解决因生菜富含水分使得图像采集镜头反光而导致生菜叶片图像灰度分布不均的问题,该文采用一种修正的图像灰度均衡算法对生菜图像进行灰度均衡处理,应用混合模糊类间分离聚类算法(MFICSC)进行生菜图像目标分割,使总体类间距离最大化,能够同时生成模糊隶属度和典型值,对处理噪声数据和克服一致性聚类问题均表现良好。分别采用MFICSC算法和Otsu算法进行了生菜图像目标分割对比试验,结果表明MFICSC算法具有较好的聚类准确度,效果优于传统Otsu分割算法。     

基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统

为了便于对规模化水产养殖池塘溶解氧的监控,该文研制了一种基于无线传感网的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统,实现对池塘溶解氧的分布测量、智能控制和集中管理。针对常规模糊PID控制器自适应能力低,提出了一种可变论域模糊PID控制器,根据溶解氧误差和误差变化的大小动态调整模糊控制单元的输入输出变量论域,能较好地解决了模糊控制规则数量与溶解氧控制精度之间的矛盾,实现了PID控制器参数的自整定。根据池塘溶解氧变化的非线性、大时滞和大惯性等特点,设计基于变论域模糊PID控制器与增氧机转速PID调节器构成的池塘溶解氧串级控制系统,溶解氧控制器的输出为增氧机转速调节器的输入,增氧机转速调节器输出改变增氧机转速使溶解氧浓度快速跟踪目标值。根据溶解氧测量数值序列的变化趋势,基于灰色理论和权重构建组合灰色溶解氧预测模型,以预测值作为变论域模糊PID控制器的反馈值,实现对溶解氧的预测控制,起到超前调节的目的。在试验池塘和对照池塘分别采用变论域模糊PID控制器和模糊PID控制器对池塘溶解氧进行调控,对照池塘溶解氧的响应时间比试验池塘延长15 min左右,超调量扩大2.96倍,对照池塘溶解氧的标准差、均方差、最大误差和最小误差指标比试验池塘扩大3~4倍。试验结果表明可变论域模糊PID控制器能够改善池塘溶解氧控制系统的动态性能,提高控制系统的稳态精度,有效地抑制影响池塘溶解氧稳定的诸多不确定因素的干扰,满足水产养殖对池塘溶解氧的要求,为解决非线性和大时滞复杂对象的控制问题提供一个新的控制思路。     

河蟹养殖全覆盖自动均匀投饲的轨迹规划与试验

河蟹养殖投饵喂料需要全塘均匀覆盖,目前主要靠人工驾驶或遥控船载投饲机在池塘中进行投喂,准确度和效率较低,难以保证投饲效果。针对以上情况,基于GPS（global positioning system）船载移动式自动投饲系统,研究了一种全覆盖轨迹规划方法,满足河蟹养殖池塘自动均匀投饲要求。该文利用轨迹规划系统建立池塘区域平面坐标系;以实际饵料累积密度与期望分布密度间的均方差最小作为衡量投饲均匀度的目标函数,求解出系统最优运行参数,生成往复遍历式自动投饲轨迹。仿真结果表明,在面积为2298.08 m2的不规则四边形池塘区域中,取饵料分布密度期望值为9 g/m2时,最优计算投饲系统运行参数对应的轨迹规划效果要优于传统经验估算参数。试验结果表明,当分别用两组参数进行自动投饲作业时,投饲船的实际航行轨迹与理论投饲轨迹都只有很小的偏移,与仿真结果具有一致性;同时,最优计算运行参数对应实际路径总长度、投饲路径长度、作业总时间、投饲时长、饵料分布密度均值、覆盖率等各项指标与仿真结果相比,相对误差分别为6.85%、2.71%、10.07%、10.41%、3.06%和1.87%,验证了全覆盖轨迹规划方法的可行性。该文可为河蟹养殖自动均匀投饲和其他水产养殖中需要沿池或全池自动均匀投饲轨迹规划研究提供重要参考。     

论人与自然的和谐发展

地球是人类赖以生存的唯一大环境。人类自诞生以来,就与大自然形影不离,人与自然的关系曾一度出现原始的和谐。但随着社会的进步和科技的发展,人类开始了向大自然疯狂索取的历程。绿色在消退,灰色在蔓延,地球千苍百孔,致使人与自然关系的恶化,于是人类的灾难接踵而来,让人触目惊心。在可持续发展战略的指导下,加强环保意识,采取有力的环保措施,再创人与自然的和谐势在必行。     

基于图论的温室WSN测控系统冗余节点部署算法

针对温室无线传感器网络(WSN)测控系统的漏斗效应问题,提出负载平衡的冗余节点部署算法(RN-DA)。RNDA根据节点负载情况配置一定数量的冗余节点以平衡网络能耗,把节点下一跳选路概率作为权值引入图论,提出源节点数据经m跳到达目的节点概率的定理,为研究网络数据传输提供了一种有效方法。理论分析和仿真结果表明,RNDA既能明显延长网络寿命,又能有效平衡网络节点的能耗。     

复杂曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化与试验

对复杂曲面进行分片后,以实际涂层厚度与理想涂层厚度方差为目标函数,采用黄金分割法求解涂层重叠区域宽度的最优值。为提高喷涂效率,利用无方向的连接图表示曲面上的喷枪轨迹优化组合问题,采用改进的蚁群算法进行求解。仿真结果表明,蚁群算法的全局性和收敛速度都能达到满意的效果。喷涂试验中,采用三角网格划分法对复杂曲面工件进行造型,优化后的喷涂轨迹不仅能够满足涂层均匀性要求,而且喷涂时间节约了20%。     

猪舍图像局部亮度调整方法

针对猪舍视频监控场景中常常遭遇局部亮度不均衡而引起后继图像分析困难问题,提出一种图像自适应局部亮度调整法(ALLA)。首先为避免物体色度的干扰,原图像转换为YCbCr模型后,只利用亮度Y分量图像,根据最大类间方差(Ostu)将Y图像分为明暗二区;其次针对过亮和过暗的局部区域采用正弦函数进行非线性反向调整灰度值;最后,为评价处理后图像质量,提取测试图和基准图中的猪只对象轮廓边缘像素成对梯度值,通过假设检验判断二者差的集合均值是否存在明显变化。选择了典型3种猪舍环境图像,一种光线柔和,图像亮度质量较为理想;另外两种夜晚圈栏灯光和白天阳光导致景物本色出现偏差,即在光照强度高的局部区域灰度值低,反之则高。试验采用ALLA处理后的测试图像,测试PSNR(峰值信噪比)值均在31～78之间,表明没有引起图像质量显著下降;采用我们设计的假设检验方法,表明在显著性水平(α=0.95)时,测试图较之于标准灰度化图像有显著改变,因此,有利于后继的猪只目标分割工作。     

生猪轮廓红外与光学图像的融合算法

该文针对生猪红外热图像和光学图像的融合,提出一种基于非子采样轮廓波的图像融合算法。在图像多尺度、多方向分解的基础上,设计了基于邻域平均能量和邻域方差的低频子带系数加权融合规则,以及基于邻域能量最大的带通系数融合规则。针对亮度-色度-饱和度变换法(intensity-hue-saturation transform,IHS)、小波变换法(discrete wavelet transform,DWT)、轮廓波变换法(contourlet transform,CT)等融合方法以及非子采样轮廓波变换(nonsubsampled contourlet transform,NSCT)域下不同融合规则进行了对比试验,试验结果表明该文算法具有较好的融合效果。定量融合评价指标中,平均梯度指标高于IHS、DWT、CT等方法25%以上,边缘信息保持指标高于其他3种方法23%以上。该文方法的提出对于改善生猪异常视觉监测中的前景轮廓提取具有较大意义;同时,对进一步开展猪体部位区域温度特征提取,建立生猪多源特征融合的计算机视觉异常监测系统,提高生猪异常预警可靠性具有积极意义。