苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实_赵德安.pdf

第 31 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.2 22 2015 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2015 苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实 赵德安，沈 甜，陈 玉，贾伟宽 （江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013 ） 摘 要：为解决采摘机器人在运动状态下对重叠果实的识别问题，减少采摘过程处理的时间，对重叠果实的快速跟踪识 别进行了研究。首先，对采集到的第 1 幅图像进行分割并去噪，之后通过计算圆内的点到轮廓边缘最小距离的极大值确 定圆心的位置，计算圆心到轮廓边缘距离的最小值确定半径，通过圆心与半径截取后续匹配的模板，经试验证明该算法 能较准确地找到重叠果实的圆心与半径。然后，确定连续采集的 10 幅图像的圆心，根据每幅图像圆心的位置对机器人的 运动路径进行拟合、预判、综合半径与预判路径确定下一次图像处理的范围。最后，采用快速归一化互相关匹配对重叠 果实进行匹配识别。试验证明，经过改进后的算法匹配识别时间与原算法相比，在没有进行预判的情况下匹配识别的时 间为 0.185 s，经过预判之后，匹配时间为 0.133 s，减少了 28.1%，采摘机器人的实时性得到了提高，能够满足实际需求。 该研究可为苹果等类球形重叠果实的动态识别提供参考。 关键词：机器人；果实；图像处理；重叠果实；图像预判；图像匹配 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.02.004 中图分类号：TP242 ；TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2015)-02-0022-07 赵德安，沈 甜，陈 玉，等. 苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J].农业工程学报，2015，31(2)：22－28. Zhao Dean, Shen Tian, Chen Yu, et al. Fast tracking and recognition of overlapping fruit for apple harvesting robot[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(2): 22 －28. (in Chinese with English abstract) [8] 位误差为 14.15% 。Ebenezer 等根据几何特征识别重叠 0 引 言 的杆菌，并成功用凹点法将其分离出[10]。Xu Yongwei 等 自 1983 年第 1 台西红柿采摘机器人在美国诞生以 采用支持向量机的 HOG 算子识别重叠的草莓，其识别成 来，采摘机器人的研究开发历经 30 多年，各国相继立项 功的准确率为 87%[11]。然而，这些研究都是针对静态条 研究各类蔬果采摘智能机器人。然而，因为识别率和采 件下的，静态识别的方法并不能完全适用于采摘机器人 摘率不高等问题，采摘机器人离实用化和商品化还有一 在运动过程的动态采摘，这种单帧处理图像的方法无法 定的距离，因此，提高采摘机器人的采摘效率，增强采 满足采摘机器人快速采摘的要求[15-16] 。吕继东等对动态 摘机器人的实用性能是当前研究的关键[1-4]。 果实的识别进行了初步研究，试验证明利用前后图像的 果实