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。     

基于知识的视觉导航农业机器人行走路径识别

目前的农业生产方式引起了环境污染、生态恶化等诸多问题，研制具有精确作业能力的视觉导航农业机器人因而被较多关注。针对导航视觉系统采集的农田非结构化自然环境彩色图像，探讨了用于行走路径识别的适宜的彩色特征，并结合农田作业时农业机器人行走路径的特点，运用路径知识启发机制识别出行走路径。与传统的阈值分割算法的对比处理试验表明，此识别算法可以明显地改善路径识别效果。     

农业机器人视觉导航的预测跟踪控制方法研究

农用拖拉机的视觉导航技术可以帮助人员远离某些高温、高湿以及有毒害的作业环境，提高作业的自动化智能化程度，还能实现精确定点作业以促进农业可持续发展等。该文首先分析了轮式拖拉机跟踪引导路径的行为特点，建立起相应的非线性随机数学模型。而后，基于卡尔曼滤波的思想融合了各传感器的观测值给出预测跟踪控制方法。避免了视觉系统为主的计算耗时导致状态反馈滞后而产生的不利影响，改善了导航控制的鲁棒性和精度。仿真和初步试验结果都表明了此方法的有效性。     

室外农业机器人导航研究综述

农业机器人是现代农业技术的集中体现和未来发展趋势,当前研究中还存在着许多制约因素,其中导航是完成自动作业的关键,也是制约农业机器人发展的最大瓶颈。在长期的农业机器人自动导航研究中,经历路标、气味、机器视觉及星基导航等多种方式的研究和探索,其中视觉和星基导航逐渐成为当前导航研究的主要内容,星基导航以其成本低、系统结构简单、控制灵活等特点,必将在未来机器人导航领域占有越来越重要的地位。     

玉米除草机器人视觉导航系统设计与试验

玉米苗带准确检测与精准跟踪是玉米除草机器人实现自主作业的重要基础。针对玉米除草机器人苗带检测,该研究提出了基于感兴趣区域更新的玉米苗带实时识别及导航线提取方法,首先利用单目相机采集机器人前向玉米苗带,将苗带图像进行归一化和超绿处理,采用改进自适应响应阈值SUSAN（small univalue segment assimilating nucleus）角点法以及冗余离群特征点剔除法获得玉米苗特征点,以改进的顺序聚类算法对视频帧进行玉米苗带聚类处理,再利用最小二乘法拟合出各玉米苗带,最后基于机器人航向偏差和其相对玉米苗带的横向偏差实时调整感兴趣区域和更新导航线;同时,针对除草机器人苗带行线跟踪,提出以运动学为模型的PID（proportion integration differentiation）转向角决策方法,建立了导航跟踪控制模型;并在Visual Studio平台下,利用OpenCV库开发了导航控制系统。试验结果表明,玉米除草机器人导航线提取准确率为96.8%,每帧图像平均处理时间为87.39 ms,具有较好的实时性和抗干扰性;在模拟环境下,玉米苗带直线和曲线跟踪平均误差≤1.42 cm,标准误差≤0.41 cm;在农田环境下,不同速度导航跟踪平均误差≤1.51 cm,标准误差≤0.44 cm。研究结果可为玉米除草机器人田间自主作业提供关键技术支撑。     

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。     

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。     

计算机视觉在蘑菇采摘机器人上的应用

介绍了蘑菇采摘机器人的工作过程,并重点讨论了它的计算机视觉系统的图象分析所采用的基本算法。主要内容为蘑菇和苗床图象信息的数字特征;提取蘑菇边界所用的算法;封闭曲线的周长、面积和闭曲线中心坐标的计算。对现场获取的图象信息进行分析,所得到的结果与实际情况吻合,表明所采用的算法是有效的。     

基于光照无关图的农业机器人视觉导航算法

完成沿作物行的行走作业是农业机器人视觉导航系统的一个基础功能,但是由于田间环境的复杂性,比如阴影的存在和天气的恶劣变化等外界因素的影响使导航参数的提取变得困难。该研究针对农业机器人视觉导航中存在的阴影干扰问题,采用基于光照无关图的方法去除导航图像中的阴影,然后采用增强的最大类间方差法进行图像分割和优化的Hough变换提取作物行中心线,最终通过坐标转换获得导航参数。最后,通过作物行跟踪试验表明,基于光照无关图的阴影去除方法不仅满足了导航实时性的要求,而且使农业机器人在光照变化的情况下导航参数提取的鲁棒性有了更大的提高。     

机器视觉技术在农业生产自动化中的应用

机器视觉技术在农业生产自动化中的应用研究发展非常迅速,为了能充分利用国外的最新研究成果,促进我国在该领域的研究和应用,文章分动植物生长情况监测和农业生产机器人两个方面综述了国外的研究进展,以供我国研究人员参考。     

农业遥感的应用效益及在我国的发展战略

简述农业遥感的兴起,以国内外的实例说明遥感技术的优势。介绍了遥感技术在农业资源调查及监测、生物量估测、灾害预报等方面的应用情况。回顾农业遥感已取得的成就并分析其效益,说明遥感技术在农业生产的组织和管理中占有重要的地位,提出在科技兴农中发展农业遥感的战略意见。     

机械化农业生产系统合理化目标的实现

运用灰色系统理论对河北省芦台农场进行了实现机械化农业生产系统合理化目标的研究，通过定性和定量分析，建立了系统ＧＭ（１，６）模型，并根据模型序参量分析系统总体功能的稳定性和协调性，为寻求合理化目标和灰色决策提供理论依据。     

机器视觉技术在农作物种子质量检验中的应用研究进展

我国农作物种子资源丰富，随着图像处理技术的专业化与计算机硬件成本的下降和速度的提高，利用机器视觉技术进行种子质量检验评价成为可能。该文概述了农作物种子的特性及其对质量检验技术的要求，介绍了机器视觉技术的基本理论和发展现状，从算法、硬件、研究进展几个方面综述了机器视觉技术在农作物种子质量检验中的应用，认为用机器视觉代替人的视觉进行农作物种子质量检验前景广阔。     

机器视觉技术在农产品品质自动识别中的应用研究进展

该文分水果果梗识别、果形识别、内部品质检测和硬件设备开发等4个方面综述了国外在利用机器视觉技术进行农产品品质自动识别上的研究进展,并指出了目前尚需解决的难点问题,以供我国研究人员做同类研究时参考。     

地面遥感监测系统在水土保持监测中的应用初探

目前我国3S技术地理信息系统GIS（Geographic Information Systen）、遥感RS（Remots Sensing）、全球定位系统GPS（Global Posititon System）广泛应用地质、军事、交通、环境、林业等多种领域。如果地面遥感监系统能在水土保持监测中得到充分应用,将使部分监测工作自动化、数字化、高效化,使水土保持监测工作更加系统、完善。就地面遥感监测系统在水土流失动态监测、水土保持工程验收、效益评估、监督执法等方面的应用进行了初步探讨。     

农业设施环境通用监控系统的设计与实现

结合我国农业设施发展的特点,设计了一种具有广泛应用性的农业设施环境数字化监控系统（AS-Digiman）,并实现了相应的软硬件配套方案,该文详细介绍了该系统的设计思路与实现的主要功能,并对农业设施监控领域的有关问题进行了深入的探讨。     

农业专家系统在小麦栽培管理中的应用

简述了农业专家系统的内涵及演变,分析了目前开发的小麦栽培管理专家系统,指出了开发小麦栽培管理专家系统的必要性和应注意的几个问题。