基于视觉伺服的草莓采摘机器人果实定位方法

为解决基于手眼系统的视觉伺服方法在草莓采摘机器人应用中存在的视觉信息反馈延迟大、频率低以及深度信息无法确定等带来的定位耗时长、精度低的问题,采用摄像机曝光信号触发控制卡进行高速位置锁存,结合位置传感器的反馈信息,来减少定位耗时;采用基于运动恢复结构的方法,提高果实采摘参数的精度。在垄坡和摄像机像平面的夹角为±10°范围内的情况下,针对包含1~3粒成熟草莓的果实域,采用直角坐标式机械臂草莓采摘机器人样机进行了定位试验。试验结果表明:定位时间在0.633~0.886 s之间;草莓深度信息的相对误差在-4.34%~0.95%范围内。     

苹果采摘机器人激光视觉系统的构建

为了避免或减少自然光线的干扰,该文设计了一种用于苹果采摘机器人的激光视觉系统。基于飞行时间原理的LMS211激光测距仪可对目标距离进行测量,具有精度高、响应速度快等优点;研制的直线运动单元可自由调整其滑台的移动速度和行程,用来协助测距仪完成对目标场景的三维扫描。试验结果表明：在一定测量范围内,扫描数据能较理想地反映果实的曲面特性,选择合适的水平分辨率可提高数据的成像效果,生成的距离图像易于解析果实、枝叶的空间几何特性及相互间的层次关系,且效果不受光线变化的影响。该系统为后期果实的识别研究提供参考。     

基于机器视觉的蘑菇单体检测定位算法及其边界描述

介绍的算法是以单体蘑菇为研究对象,通过该算法的研究将为蘑菇采摘机器人图像处理方法的实现奠定理论基础。研究内容包括,蘑菇图像的数字特征;提取边界的算法;对蘑菇边界进行离散傅立叶变化。提出仅需利用蘑菇的边界信息求蘑菇形心坐标的新方法,而且傅立叶描述可以进行蘑菇边界的平移、旋转和缩放操作,具有很强的边界形状重建功能。最后通过对获取的蘑菇图像进行分析,表明该算法和边界描述是非常有效的。     

大视场下荔枝采摘机器人的视觉预定位方法

机器人采摘荔枝时需要获取多个目标荔枝串的空间位置信息,以指导机器人获得最佳运动轨迹,提高效率。该文研究了大视场下荔枝采摘机器人的视觉预定位方法。首先使用双目相机采集荔枝图像;然后改进原始的YOLOv3网络,设计YOLOv3-DenseNet34荔枝串检测网络;提出同行顺序一致性约束的荔枝串配对方法;最后基于双目立体视觉的三角测量原理计算荔枝串空间坐标。试验结果表明,YOLOv3-DenseNet34网络提高了荔枝串的检测精度与检测速度;平均精度均值(mean average precision,m AP)达到0.943,平均检测速度达到22.11帧/s。基于双目立体视觉的荔枝串预定位方法在3 m的检测距离下预定位的最大绝对误差为36.602 mm,平均绝对误差为23.007 mm,平均相对误差为0.836%,满足大视场下采摘机器人的视觉预定位要求,可为其他果蔬在大视场下采摘的视觉预定位提供参考。     

苹果采摘机器人视觉系统的暗通道先验去雾方法

针对雾霾严重气候条件下苹果采摘机器人视觉定位困难的问题,提出一种把暗通道先验（dark channel prior,DCP）原理应用于苹果图像去雾的调参和改进方法。给出了一种获取大气光系数 A 的方法,首先把计算得到的暗通道图结果存入矩阵,求暗通道图中的前1/1000个最大元素所在位置,并存储在与暗通道矩阵相同大小的新矩阵中;根据新矩阵中的位置信息获得 R 通道矩阵相应位置的值,最后求取这些值的平均值作为 A 的取值。根据工程需要,该研究取去雾强度ω恒为1。通过与多尺度 Retinex（multiscale retinex,MSR）方法、自适应直方图均衡化（adaptive histogram equalization, AHE）等常规方法以及其他文献的暗通道去雾使用方法进行对比试验,结论是该文的方法能获得更好的主观视觉效果。在结果图像的对比度方面,该研究使用的方法能得到平均对比度64.04,与计算速度较快的直方图均衡化方法的35.46相比,提升了81%;R 通道对比度为68.525,与直方图均衡化方法得到的 R 通道对比度36.425相比提升了88%;该方法得到的图像直方图整体上呈现中间高两边低的形状特点,表明相对其他去雾方法,该文的方法能得到较好的去雾图像质量。时间复杂度方面,改进后的 DCP 方法计算640×480的图像耗时在33～37 ms 之间,基本能满足实时要求。分割定位精确度方面,该文方法的综合定位精度为94.8%,高于其他方法。试验证明使用该文方法能在去雾的效率和性能方面得到较好的平衡,是一种可以用于实际采摘作业的可行方法。     

苹果采摘机器人视觉系统研究进展

视觉系统是苹果采摘机器人最重要的组成部分之一,它在一定程度上决定了苹果采摘机器人完成采摘任务的质量及速度。为明确苹果采摘机器人视觉系统所面临的挑战及未来研究方向,该文首先对世界各国现有苹果采摘机器人的研究情况从视觉传感器类型、视觉系统硬件组成、采摘成功率及作业时间等方面进行了概述,然后分别对现有苹果采摘机器人视觉系统中苹果图像分割方法、受着色度、光照、表面阴影、振荡、重叠及遮挡等影响下的苹果目标的识别与定位方法、苹果采摘机器人视觉系统对枝干等障碍物的识别方法以及视觉系统中双目视觉技术立体匹配问题进行了综述,进一步分析了苹果采摘机器人视觉系统中存在的问题,指出视觉系统结构的优化、视觉系统中智能算法的优化、提高视觉系统的实时性、振荡苹果目标的识别与定位、视觉系统受振动影响时苹果目标的识别与定位及提高视觉系统的性价比等方面将成为未来重点研究方向,为深入研究苹果采摘机器人视觉系统提供参考。     

基于Sylvester方程变形的荔枝采摘机器人手眼标定方法

针对视觉荔枝采摘机器人的Eye-in-Hand视觉与机器人关联方式的手眼标定问题,该文提出一种基于优化的求解齐次变换矩阵方程的手眼标定方法。该方法通过机器人带动其臂上的双目相机从多个位置观测标定板,使用Sylvester方程变形对手眼标定近似方程线性化,再对简单的初值进行优化计算,最终得到精确的标定结果。该方法的软件用C++/Open CV开发实现,并进行了多个试验。试验结果表明,视觉与机器人关联后,定位误差与机器人运动次数相关,当距目标1 m左右,静态时的视觉系统误差均值为0.55 mm;动态工作时,视觉关联机器人重复定位误差的均值为2.93 mm,标准差为0.45 mm,符合具有容错功能的视觉荔枝采摘机器人的实际使用需求。使用基于Sylvester方程变形的手眼标定方法标定的视觉荔枝采摘机器人,在野外环境下,总体采摘成功率达到76.5%,视觉系统成功识别、定位采摘点的情况下,采摘成功率达92.3%。     

苹果采摘机器人关键技术研究现状与发展趋势

目前国内苹果基本采用人工采摘方式,随着劳动力资源短缺以及机械自动化技术的迅速发展,利用机器人采摘替代人工作业成为必然趋势,开发苹果采摘机器人用于果园收获作业具有重要意义。由于苹果采摘作业环境复杂,严重制约了采摘自动化的发展。目标识别、定位与果实分离是苹果采摘机器人的关键技术,其性能决定了苹果采摘的效率及质量。该文概述了具有市场化前景的苹果采摘机器人发展和应用现状,综述了在复杂自然环境光照变化、枝叶遮挡、果实重叠、夜间环境下以及同色系苹果的识别方法,介绍了多种场景并存的复杂环境下基于深度学习的苹果识别算法、遮挡、重叠及振荡果实的定位方法,并对采用末端执行器实现果实与果树的分离方法进行了分析。针对现阶段苹果采摘机器人采摘速度低、成功率低、果实损伤、成本高等问题,指出今后苹果采摘机器人商业化发展亟需在农机农艺结合、优化识别算法、多传感器融合、多臂合作、人机协作、扩展设备通用性、融合5G与物联网技术等方面开拓创新。     

移动式采摘机器人研究现状与进展

采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一，是未来智能农业机械的发展方向。移动式采摘机器人由机械手、末端执行器、移动机构、机器视觉系统以及控制系统等构成。机械手的结构形式和自由度直接影响采摘机器人智能控制的复杂性、作业的灵活性和精度。移动机构的自主导航和机器视觉系统解决采摘机器人的自主行走和目标定位，是整个机器人系统的核心和关键。该文对移动式采摘机器人的研究现状进行综合，提出目前采摘机器人技术发展中面临的技术难题及相应的对策，包括采用开放式控制系统。     

苹果采摘机器人无线数据传输系统

针对解决苹果采摘机器人众多传感器数据采用有线传输,数据线纷繁杂乱、检修不便等问题,以及其直动关节在伸缩过程中对末端执行器传感器数据线容易扯断纠结等具体情况,设计了传感器无线数据传输系统。首先对苹果采摘机器人无线数据传输进行了整体设计,对无线通信模块电路、USB通信电路进行了选型设计,同时设计了部分传感器的信号调理电路;其次为了无线数据实时、可靠的传输,在方法上采取了质效控制措施,并制定了数据传输协议,然后进行了无线数据传输的程序设计,最后通过测试结果验证了传输协议的健壮性,数据传输的高效性,并根据测试结果与系统开销之间进行协调,选取了最优设置参数。该研究为采摘机器人及其他农产品生产机器人数据传输提供了一种无线实现方式和新的实现方案。     

计算机视觉系统在图形面积测量及形状分析上的应用

探讨利用计算机视觉系统对目标物体平面图形面积和面积惯性矩的测量方法。文章注重计算机视觉系统编程实践。     

果实缺陷面积的计算机视觉测定研究

以提高球形果实表面缺陷面积的计算机视觉测定精度为目的，分析了利用投影图像直接测定球形果实表面缺陷存在的问题；提出并建立了从投影图像恢复球形果实表面几何特征的象素点变换法和边界变换法，并通过试验进行验证。结果表明，建立的两种方法可使测定相对误差减小３５％左右。     

Mushroom picking does not impair future harvests - results of a long-term study in Switzerland

Forest fungi not only have important functions within the forest ecosystem, but picking their fruit bodies is also a popular past time, as well as a source of income in many developing and developed countries. The expansion of commercial harvesting in many parts of the world has led to widespread concern about overharvesting and possible damage to fungal resources. In 1975, we started a field research project to investigate the effects of mushroom picking on fruit body occurrence. The three treatments applied were the harvesting techniques picking and cutting, and the concomitant trampling of the forest floor. The results reveal that, contrary to expectations, long-term and systematic harvesting reduces neither the future yields of fruit bodies nor the species richness of wild forest fungi, irrespective of whether the harvesting technique was picking or cutting. Forest floor trampling does, however, reduce fruit body numbers, but our data show no evidence that trampling damaged the soil mycelia in the studied time period.     

计算机视觉技术在玉米生产管理中的应用

计算机视觉技术已经广泛应用于农业生产领域。对计算机视觉技术在玉米种子质量检验、玉米品种的识别、玉米粒形的检测、玉米田间杂草的识别等方面的应用做了介绍。     

基于计算机视觉的三维测量技术

该文根据计算机视觉原理,提出一种三维非接触测量技术。该技术根据人眼感知事物的原理,利用神经网络拟合图像坐标与空间坐标的映射关系;以光栅投影曲线为特征,采用小波边缘检测和搜索式无监督聚类,结合视觉几何不变性,实现亚像素级的立体精匹配;并采用小波多尺度多分辨率的特性,拼接图像,融合数据,对物体进行全方位测量。实验表明,该技术设备简单,测量速度快,测量精度控制在0.5mm/m以内     

农业自动化领域中计算机视觉技术的应用

计算机视觉技术的应用已扩展到农业自动化领域。该文介绍了计算机视觉系统的组成,概述了国内外计算机视觉技术在农业生产自动化中的应用状况,并对计算机视觉技术应用于农业自动化中存在的问题及发展前景做了概括     

农产品品质检测中的计算机视觉及神经网络技术发展与动态

随着计算机技术的飞速发展，计算机视觉及人工神经网络等交叉学科的研究与应用已扩展到农业工程领域中，并在许多方面取得了重大开拓性成果。文中概括介绍了这两项高新技术在农产品品质自动检测与分级中的应用状况及发展动态，并通过分析指出了当前尚须解决的问题。     

农业机器人视觉传感系统的实现与应用研究进展

论述了农业机器人视觉传感系统的主要实现技术和当前的应用现状，包括基于视觉传感原理的距离检测技术，基于视觉传感原理的工作对象特征识别技术和基于视觉传感原理的运动导航技术。基于双目立体视觉的测距方法可应用于葡萄和番茄采摘机器人，配备激光光源和红外光源的测距系统可在室外有效抵抗日光变化对检测结果的影响。几何形状、灰度级、颜色，尤其是农产品表面的反射光谱特性，可以用于农业机器人识别操作对象。人工路标方法是实现农业机器人视觉导航的简单方法，另外，直接基于田间作物在空间排列的特征也可实现农业机器人的视觉导航。最后讨论了农业机器人视觉传感系统的未来发展趋势。     

农产品品质检测中的计算机视觉及神经网络技术发展与动态

随着计算机技术的飞速发展，计算机视觉及人工神经网络等交叉学科的研究与应用已扩展到农业工程领域中，并在许多方面取得了重大开拓性成果。文中概括介绍了这两项高新技术在农产品品质自动检测与分级中的应用状况及发展动态，并通过分析指出了当前尚须解决的问题。