苹果采摘机器人夜间图像边缘保持的Retinex增强算法.pdf

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1、第32卷2016定第6期3月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．6Mar．2016189苹果采摘机器人夜间图像边缘保持的Retinex增强算法姬伟1，一，吕兴琴1，赵德安1，一，贾伟宽1，丁世宏1(1．江苏大学电气信息工程学院，镇江212013；2．机械工业设施农业测控技术与装备重点实验室，镇江212013)摘要：为了提高采摘机器人的适用性和工作效率，保证成熟苹果果实的及时采摘，需要机器人具有夜间连续识别、

2、采摘作业的能力。针对夜间苹果图像的特点，该文提出一种基于引导滤波的具有边缘保持特性的Retinex图像增强算法。利用颜色特征分量采用具有边缘保持功能的引导滤波来估计出照度分量；进而利用单尺度Retinex算法对图像进行对数变换获得仅包含物体本身特性的反射分量图像；分别对照度分量和反射分量图像增强后，再合成为新的夜间苹果的增强图像。文中选取30幅荧光灯辅助照明下采集到的夜间苹果图像进行试验的结果显示，该文增强算法处理后的30幅图像的平均灰度值，分别比原始图像、直方图均衡算法、同态滤波算法和双边滤波Retinex算

3、法处理后的图像平均提高230．34％、251．16％、14．56％、7．75％，标准差平均提高36．90％、一23．95％、53．37％、28．00％，信息熵平均提高65．88％、99．68％、66．85％、17．53％，平均梯度提高161．70％、64．71％、139．89％、17．70％。且该文算法较双边滤波Retinex方法的运行时间平均减少74．56％。表明该文算法在夜间图像增强效果和运行时间效率上有明显的提高，为后续夜间图像的分割和目标识别提供了保障。关键词：机器人；算法；水果；夜间苹果图像；Reti

4、nex；图像增强；引导滤波doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．06．026中图分类号：TP24，TP391文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一06—0189—08姬伟，吕兴琴，赵德安，贾伟宽，丁世宏．苹果采摘机器人夜间图像边缘保持的Retinex增强算法【J】．农业工程学报，2016．32(6)：189-196．doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．06．026http：／／www．tcsae．orgJiWei，LUXingqin

5、；ZhaoDean，JiaWeikuan，DingShihong．Edge—preservingRetinexenhancementalgorithmofnightvisionimageforappleharvestingrobot[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(6)：189—196．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11

6、9750．issn．1002-6819．2016．06．026http：／／www．tesae．org0引言目前国内苹果收获作业较大程度依靠人工采摘完成，其作业劳动强度大、消耗时间长、效率低、且具有一定危险性【l】。近年来，苹果采摘机器人的研究得到了广泛重视，并取得了一定进展12-31，但工作效率仍有待提高。同时，随着市场需求量增加，苹果大面积种植，为了及时采摘成熟的苹果，需要提高苹果采摘机器人的作业效率。采摘机器人作为一种高度自动化的作业机械，通过夜间持续作业来延长其工作时间，是提高采摘机器人工作效率的一种有

7、效途径。夜间图像信息的准确获取是采摘机器人实现夜间作业的前提，然而夜间环境及光照等因素给图像的采集与处理增加了难度。目前，针对夜间果实图像的研究较少。其中Pavne等[41在夜间人工光源辅助下采集接近成熟硬1化阶段的芒果夜间图像，结合YCbCr彩色空间的颜色特征与形状纹理特征计算芒果个数并以此估算芒果产量。Font等同在夜间利用人工光源照明采集葡萄园中成熟葡萄的RGB(red,green,blue,红、绿、蓝)图像，通过检测葡萄表面的收稿日期：2015一lO—16修订日期：2016一01—2l基金项目：国家自然

8、科学基金资助项目(31571571，61203014)；教育部高等学校博士点基金资助项目(20133227110024)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)作者简介：姬伟，男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事农业机器人、智能控制研究。镇江江苏大学电气信息工程学院，212013。Email：iwhxb@163．com(中国农业工程学会高级会员：姬伟(E041200689S)