基于单目视觉的田间菠萝果实识别.pdf

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1、第26卷2010笠第10期10月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．100ct．2010345基于单目视觉的田间菠萝果实识别李斌1，NingWan92，汪懋华嶙，李莉1(1．中国农业大学“现代精细农业系统集成研究”教育部重点实验室，北京100083；2．OklahomaStateUniversity,Stillwater,Oklahoma74078，USA)摘要：菠萝果实的准确识别是菠萝采摘机器人视觉系统的关键。针对田间复杂环境中的青色菠萝，采用图像处理技术、数学形态学方法，识别菠萝果眼，并获取果眼的中心点

2、信息；引入层次聚类分类方法，对多个中心点进行聚类分析；求取最多点集的中心坐标，作为菠萝区域的近似形心。选用在广东湛江菠萝田间拍摄的35幅图像作为评价样本，经过运算，迎光条件下形心识别正确率达到85％。本研究为菠萝采摘机器人的田间果实识别提供了有效的技术方案。关键词：图像处理，视觉，形态学，菠萝，识别，层次聚类doi·10．3969(j．issn．1002—6819．2010．10．057中图分类号：TP242．6+2，TP391．41，$24文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)一10-0345—05李斌．NingWang。汪懋

3、华．等．基于单目视觉的田间菠萝果实识别[J]．农业工程学报，2010，26(10)：345--349．LiBin，NingWang，WangMaohua,eta1．In-fieldpineapplerecognitionbasedOilmonocularvision[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：345—349．(inChinesewithEnglishahstracO0引言中国是世界十大菠萝主产国之一。由于采摘时存在劳动环境炎热、叶片毛刺尖锐、收获期短、劳动量繁重、劳动成本高等问题，用机器人采摘菠萝

4、将成为解放劳动力、提高采摘效率的必然趋势。采摘机器人的视觉系统，主要是测量采摘目标的位置，为采摘机械手的运动控制提供位置参数。在复杂环境中，待采果实的识别则是视觉系统的关键。视觉系统获得视野图像后，需要尽可能快速、准确地将待采菠萝从复杂的背景中识别出来，获取菠萝果实的大致位置信息。图像识别技术在农业采摘机器人中有着重要而广泛的应用，涉及到噪声去除、区域分割、形态学处理、区域标识等图像处理识别方法。目前果实识别和定位主要采用灰度阈值、颜色色度法和几何形状定位等方法【lJ。前两者主要基于果实的光谱反射特性，受到自然光影响较大；形状定位方式要求目标具

5、有完整的边界条件。在菠萝图像识别方面，由于水果和叶子等往往容易重叠在一起，很难真正区别出果实。泰国ThonburiMongkut国王科技大学的WatcharinKaewapichai等【2】根据不同成熟度的菠萝，果眼的边缘、内部区域、花瓣等特征不同，建立了专门用于菠萝成熟度分级的皮肤模型，但仅针对近距离拍摄、高分辨率下的菠萝表面图像建模，难以用于较远距离、复杂田间环境下菠萝的识别；国内外其他关收稿日期：2010-02-06修订日期：2010．10．10基金项目：广东省农业机械装备技术公共实验室开放基金课题作者简介：李斌(1983一)，男，山东枣

6、庄人，博士生。主要从事计算机视觉，模式识别，太赫兹技术及应用研究。北京中国农业大学“现代精细农业系统集成研究”教育部重点实验室。100083。Email：hanyue-66@163．eolll※通信作者：汪懋华(1932一)，男，教授。北京中国农业大学”现代精细农业系统集成研究”教育部重点实验室，100083。Emil：wan删a@cau．edu．cn于菠萝图像识别方面的研究尚未见报道。本文的研究对象是一种用于加工罐头或者适于远途运输的青色菠萝，实现在田间复杂环境下的果实识别。针对研究目标，采用在复杂田间条件下拍摄菠萝图像，通过图像分割、识别、

7、聚类分析等处理，识别并标记菠萝位置信息。求其近似形心，为机械手提供导航。1图像的采集试验选用广东湛江徐闻县待收获菠萝为研究对象。晴天时分别取菠萝果实迎光及背光进行拍摄；阴天则从侧面拍摄；物距35cm，俯角约30。；拍摄时包括部分遮挡和一幅图片中存在2～3个菠萝等情况。图像分辨率为640×480像素。图l为晴天迎光条件下拍摄的田间菠萝图像。此拍摄角度和距离根据菠萝采摘机器人视觉系统的安装位置而定，以便町清晰、完整地获取菠萝果实图像，也将此作为菠萝采摘机器人视觉系统的图像采集条件的依据。图1田间菠萝图像Fig．1In—fieldpineapplei

8、mage农业工程学报2010焦2菠萝图像的特征分析薹笔凳蓁篡窑萋耋砉曩耄襄契蓍鬈詈黑，誓蒌釜曩i喜菠萝果实表面呈现～个个独立的分块，被称为“果蚀、开启