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葡萄树冬剪机器人剪枝点定位方法研究

作　者: 贾挺猛
导　师: 杨庆华; 荀一
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 机器视觉 葡萄冬剪 骨架提取 角点检测 剪枝点定位
分类号: TP242.62
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


葡萄树修剪是调整果树生长与结果关系,促进丰产、稳产的关键环节。目前剪枝作业仍以人工操作为主,机械化水平低,劳动强度大,果农迫切需要更加高效省力的设备。因此研究葡萄冬剪作业的自动化、智能化设备具有重要意义。本文以具有三年树龄的篱架式Y形巨峰葡萄树为研究对象,针对其温室种植环境设计了一种基于机器视觉的葡萄树冬剪机器人系统；依据该系统的图像采集方法,研究实验室坏境下的葡萄树芽点识别及剪枝点定位算法,为进一步开发葡萄树冬剪机器人系统奠定基础。主要研究内容及成果如下：(1)设计了一种适用于三年以上树龄的篱架式Y形葡萄树冬剪机器人系统,包括自动导航车载平台、图像采集箱、整枝模块、剪枝模块,能够自主行走,实现葡萄树预整枝,进而利用机器视觉开展冬剪作业。(2)在实验室环境下搭建图像采集平台,采用CCD单目摄像机采集葡萄树枝彩色图像。选用B通道将彩色图像转换为灰度图像,经过滤波、阈值分割、形态学闭运算等预处理操作后获取葡萄树枝二值图像。(3)采用并行细化算法实现树枝骨架提取,通过对比形态学细化算法、Zhang细化算法以及Rosenfeld细化算法的应用效果,选择Rosenfeld细化算法提取葡萄树枝骨架图像。(4)选用Harris算子检测葡萄树枝骨架图像中的芽点,对115幅不同角度的实验样本图像检测得到的芽点平均正检率为76.5%,平均识别率为66.4%。利用所识别的芽点信息,提出一种适用于篱架式Y形葡萄树的剪枝点定位算法,实验结果表明,该算法具有一定的准确性和可行性。(5)在Windows平台下,利用VC++6.0开发针对实验样本葡萄树的冬剪特征点检测系统,作为葡萄树冬剪相关算法研究和实验工具。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 树木修整机械研究现状  11-12
    1.2.1 国外树木修整机械研究现状  11-12
    1.2.2 国内树木修整机械研究现状  12
  1.3 葡萄修剪机械研究现状  12-14
  1.4 机器视觉技术在农业领域的应用现状  14-16
  1.5 研究内容及方法  16-18
    1.5.1 主要研究内容  16-17
    1.5.2 研究方法  17-18
第2章 葡萄树冬剪机器人系统设计  18-24
  2.1 系统结构设计  18-20
  2.2 系统功能规划  20-22
  2.3 本章小结  22-24
第3章 葡萄树图像采集、预处理及骨架提取  24-42
  3.1 图像采集方案  24-25
  3.2 葡萄树枝图像的颜色特征  25-28
    3.2.1 颜色模型  25-26
    3.2.2 灰度变换  26-28
  3.3 葡萄树枝图像的预处理  28-34
    3.3.1 图像平滑  28-30
    3.3.2 图像分割  30-31
    3.3.3 区域填充  31-34
  3.4 葡萄树枝骨架提取  34-41
    3.4.1 骨架的定义  34-35
    3.4.2 经典并行细化算法  35-40
    3.4.3 骨架提取效果对比与分析  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 葡萄树枝图像特征点检测  42-58
  4.1 角点的描述与芽点、剪枝点的定义  42
  4.2 角点检测算法的分类及选用  42-43
  4.3 Harris角点检测算法  43-47
    4.3.1 检测原理  43-45
    4.3.2 算法步骤  45-46
    4.3.3 角点检测结果与分析  46-47
  4.4 剪枝点定位算法  47-56
    4.4.1 葡萄树冬剪原则及方法  47-48
    4.4.2 待解决问题  48-49
    4.4.3 算法基本思路  49-54
    4.4.4 剪枝点定位结果与分析  54-56
  4.5 本章小结  56-58
第5章 软件系统设计  58-62
  5.1 软件结构和功能  58-60
  5.2 软件操作步骤  60-61
  5.3 本章小结  61-62
第6章 总结与展望  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-66
致谢  66-68
攻读学位期间参与的科研项目和成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 智能机器人 > 机器人视觉
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