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成熟油茶果识别与定位系统

作　者: 石良德
导　师: 张汗灵; 李立君
学　校: 湖南大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 机器视觉 双目立体视觉 识别与定位
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 37次
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内容摘要


茶籽油符合人们崇尚自然、提高生活质量的要求，是精品食用油，油茶扩大生产得到我国政府大力支持。在油茶生产作业中，人工采摘成熟油茶果占整个作业量的比值高达40～50%，由于本世纪初我国农业劳动力将逐渐向其它产业转移，而且我国面临严重的人口老龄化问题，所以农业劳动力资源不足将日趋严重。油茶果采摘机器人能够降低人的劳动强度、提高劳动生产率和保证果实适时采摘。为了实现油茶果采摘机器人自动化采摘成熟油茶果，本文研究开发了基于机器视觉的成熟油茶果识别与定位系统，系统包括识别与定位两个模块。在系统识别模块，本文利用加拿大Point Grey Research公司生产的双目立体视觉相机Bumblebee2采集油茶果实图像，在畸变矫正、对齐后的参考图像上，对成熟油茶果实进行识别。根据成熟油茶果、未成熟油茶果及树叶色差分量的统计信息，本文提出基于色差分量阈值分割的成熟油茶果自动识别算法。识别算法的编程是在VC++6.0环境下基于OpenCV (Open Source Computer Vision Library)1.0实现的。系统识别模块可以输出成熟油茶果在参考图像的中心像素坐标。在系统定位模块，本文是基于双目立体视觉技术实现测量定位的。在立体预处理阶段，为了改善在照明条件有显著变化的环境下立体匹配的效果，对畸变矫正、对齐后的立体图像进行高斯拉普拉斯变换，得到边缘检测图像。对边缘检测图像进行立体匹配。为了满足定位的实时性要求，本文采用一种简单、高效及实时性好的归一化灰度块匹配立体算法。立体匹配完成，系统定位模块输出全视场视差图像。已知成熟油茶果在参考图像的像素坐标及其在立体图像的视差，就可以计算成熟油茶果的3D坐标，从而实现油茶果采摘机器人采摘对象定位。Bumblebee2自带了用户开发工具包，开发工具包包括Flycapture SDK与TriclopsSDK两部分。二者在立体处理流程的所有图像阶段，提供灵活的访问接口，方便用户进行二次开发。本文研究开发了成熟油茶果识别与定位系统。系统测试结果表明，使用本文开发的识别与定位系统可以实时、准确地提供视场内成熟油茶果实的三维坐标。系统的实时性与有效性达到了应用要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章 绪论  13-20
  1.1 课题研究背景  13-14
  1.2 机器视觉的研究意义  14
  1.3 国内外相关研究现状及应用  14-18
  1.4 课题研究的主要内容和论文结构  18-19
    1.4.1 课题研究的主要内容  18
    1.4.2 论文结构  18-19
  1.5 小结  19-20
第2章 机器视觉系统与常用图像处理方法  20-31
  2.1 机器视觉系统  20-23
    2.1.1 图像采集和图像采集设备  20-22
    2.1.2 图像处理分析  22
    2.1.3 输出和控制  22-23
  2.2 常用的图像处理方法  23-30
    2.2.1 灰度图像和二值图像  23-24
    2.2.2 图像压缩  24
    2.2.3 图像增强  24-25
    2.2.4 图像形态学处理  25-27
    2.2.5 图像平滑滤波  27-29
    2.2.6 边缘提取和轮廓提取  29-30
    2.2.7 ROI（感兴趣区域）  30
  2.3 小结  30-31
第3章 摄像机标定和成熟油茶果识别  31-50
  3.1 摄像机标定  31-39
    3.1.1 摄像机模型  31-33
    3.1.2 基本投影几何  33
    3.1.3 三维空间物点与投影点像素坐标转换  33-35
    3.1.4 透镜畸变  35-37
    3.1.5 摄像机模型参数标定  37-39
  3.2 成熟油茶果识别  39-49
    3.2.1 颜色空间和颜色分割  39-41
    3.2.2 成熟油茶果色差分量统计分析  41-45
    3.2.3 成熟油茶果识别算法与编程实现  45-49
  3.3 小结  49-50
第4章 立体处理与成熟油茶果定位  50-62
  4.1 立体图像采集与镜头畸变矫正  50-53
  4.2 立体预处理  53
  4.3 特征提取与立体匹配  53-57
    4.3.1 特征提取  53-54
    4.3.2 立体匹配  54-57
  4.4 视差计算与成熟油茶果定位  57-60
    4.4.1 视差计算  57-58
    4.4.2 成熟油茶果定位误差实验  58-60
  4.5 小结  60-62
结论  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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