一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统技术方案

针对由于油茶树花果并存的现象而导致在油茶果采摘过程中，油茶花易受到采摘机器人破坏而影响果实产量的问题，本实用新型专利技术公开了一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，该系统由主控制器(1)、RGB‑D摄像头(6)和云台组成，云台包括底座(2)、第二电机支架(7)、第一舵机(4)、第二舵机(5)和第一电机支架(7)；RGB‑D摄像头(6)安置在云台上，通过标准USB接口与主控制器通信(1)；主控制器(1)利用GPIO口控制云台，分别调整垂直和水平方向的拍摄角度；底座(2)用于支撑整个系统结构。本实用新型专利技术可为油茶果采摘机器人提供油茶果花的空间坐标信息，使采摘机器人在油茶果采摘过程中避免与油茶花发生接触而受损，使果实产量受到影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统
本技术涉及机器视觉领域，具体是一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统。
技术介绍
在果蔬的生产作业中,采摘约占整个作业量的40％。采摘作业质量的好坏直接影响到农作物的经济效益。目前，果蔬采摘方式主要包括人工采摘和机器人采摘两种。由于人工采摘作业的效率较低并且受工作人员的疲劳程度以及不同工人对果实判别标准不同影响,很难达到严格的采摘和分类要求。为了进一步降低生产成本,提高分类质量,保证最佳经济效益的制约因素，一些国家将采摘的方式由传统的人工采摘向利用农业采摘机器人采摘进行转变。在果蔬的采摘过程中,果实的识别和定位是一道重要环节，采摘机器人根据果实的颜色等其他特征对果实进行识别和定位。近年来彩色图像配合深度信息实现对果实的识别定位已经受到越来越多国家的重视，机器视觉技术在果实采摘领域日趋成熟。油茶树是一种较为特别的果树品种，往往果期未结束，花期即至，形成花果并存的特有现象，被群众称为“抱子怀胎”，这是油茶树异于其他果树的一大显著特征。油茶果为一种小型球果呈扁圆形或橄榄形，直径3-4cm，果瓣厚而木质化。未成熟的油茶果是红色或者是绿色，成熟后会脱一层皮，里面的肉质呈银白色或者白色。油茶花为两性花，直径3-5cm，无梗；花瓣为5-7片，白色，分离，倒卵形至披针形，长2.5-4.5cm，先端常有凹缺，外面有毛；雄蕊多数，无毛，外轮花丝仅基部连合。茶籽油是世界四大木本植物油之一，我国茶油具有食疗双重功效，又符合人们崇尚自然、提高生活质量的要求，为当今食用油中的精品。在油茶的生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40～50％，由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度很低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题由于大多的果树的花在经过授粉后开始结果，果期一般在花期结束之后，在果实采摘的过程中不需要考虑对花的影响。而对于油茶树这类果花同期的农作物，采摘机器人在果实采摘的过程中存在破坏油茶花的危险。而如果果实的花受到了损害，则对后期的果实生长会产生不良影响。(二)技术方案为克服采摘机器人采摘过程中容易对油茶花造损伤的问题，本技术提出了一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，可用于对油茶树上的油茶果和油茶花进行识别和定位，并将定位信息传送给采摘机器人，辅助采摘机器人进行机械臂路径规划，防止采摘机器人采摘果实过程中对油茶花造成损害，影响油茶果产量。本技术所提出的一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统由主控制器，RGB-D摄像头，云台三部分组成，具体技术方案如下：(1)本技术所提出的一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，所述主控制器选用RespbarryPI，主控制器装有Linux操作系统利用OpenCV与OpenNI库函数实现与所述RGB-D摄像头进行数据通信及数字图像进行处理，所述RGB-D摄像头通过实时扫描前方景物,同步采集彩色图像和深度图像，并利用适配器将图像数据通过USB标准接口传输给所述主控制器。主控制器对图像数据进行处理，完成对图像中的油茶果花目标的识别及空间定位，油茶果花的空间坐标以RGB-D摄像头为坐标原点，利用油茶果花在RGB图像上的二维坐标点及其对应的深度数据确定油茶果花的空间坐标。(2)本技术所提出的一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，所述RGB-D摄像头选用Kinect体感器，可精确返回范围在0.5至4.5米范围内的深度数据。(3)本技术所提出的一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，所述云台由第一电机支架、第二电机支架、底座、第一舵机和第二舵机组成，舵机选用MG995型号舵机，两个舵机分别安装在第一电机机支架和第二电机支架上。舵机与所述主控制器的GPIO口相连接，所述主控制器通过输出PWM波控制两舵机摆动，进而控制云台在水平及竖直方向上的姿态，实现对所述RGB-D摄像头拍摄角度的调整。(三)有益效果本技术的优点在于可实现果实采摘机器人的广角度拍摄，并利用机器视觉技术，有效实现对成熟油茶果和油茶花的定位，可辅助油茶果采摘机器人采摘油茶果过程中对油茶花进行合理避让，防止采摘机器人在采摘过程对油茶花造成破坏使得油茶果产量下降。附图说明图1为本技术提出的该系统的逻辑框图。图2为本技术提出的该系统的整体结构主视图图3为本技术提出的该系统的整体结构侧视图图4为本技术提出的该系统的整体结构示意图图5为Kinect体感器坐标系。具体实施方式为了使本技术的研发目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术进行进一步详细说明。如图1所示，图1为本技术的一种油茶果采摘机器人果花识别定位系统的逻辑结构框图，具体包括：主控制器、RGB-D摄像头和云台。本技术选用RaspberryPi作为所述主控制器，其具有体积小，功能齐全，性价比高等优势；所述RGB-D摄像头选用Kinect体感器，可以准确测量0.5至4.5范围内的深度数据；所述云台的姿态由第一舵机和第二舵机控制，舵机选用MG995型号舵机。结合图2，图3，图4。本实施例的一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统具体由：RaspberryPi、底座、第一电机支架、第一舵机、第二舵机、Kinect体感器、第二电机支架；所述底座用于固定系统整体结构，所述Kinect体感器安置在所述第二电机支架的顶部，所述第一舵机安置在所述第一电机支架上可调整垂直方向的拍摄角度的，所述第二舵机安置在第二电机支架2上可调整水平方向的拍摄角度。Kinect体感器利用适配器通过标准USB接口与RaspberryPi进行数据通信，将拍摄的彩色图像和深度图像传输给RaspberryPi，RaspberryPi可通过控制云台调整Kinect体感器在水平方向和垂直方向上的拍摄角度，其中云台结构包括底座、第一电机支架、第一舵机、第二舵机、第二电机支架；如图5所示，图5为Kinect体感器坐标系。可知空间坐标系的z轴为Kinect体感器的正方向，x轴为垂直与水平视角的正上方，因此可知在拍摄角度改变的情况下，空间坐标系也会随之改变，因此需要对空间坐标进行校正处理。本技术为一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，在具体使用时分为以下4个步骤：1.打开Kinect体感器和RaspberryPi，开始Kinect体感器与RaspberryPi之间的图像传输。2.RaspberryPi对图像中的油茶果和油茶花进行识别和标定，并计算油茶果和油茶花目标的空间坐标，并将图像中各个油茶果单位进行标注。3.RaspberryPi可通过GPIO口输出控制信号，控制舵机转动，调节云台的拍摄角度。4.油茶果和油茶花的测量结果数据将会录入数据表中保存。值得一提的是，该机系统可通过修改参数实现对一些其他类圆果实(如番茄、橘子、杏等)的识别和定位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，其特征在于该系统结构包括：主控制器(1)、RGB‑D摄像头(6)和云台组成，所述云台包括：底座(2)、第一电机支架(3)、第一舵机(4)、第二舵机(5)和第二电机支架(7)；所述RGB‑D摄像头安置在所述云台上，利用适配器通过标准USB接口与所述主控制器进行数据通信；所述主控制器通过GPIO口与所述云台的第一舵机(4)和第二舵机(5)连接，第二舵机(5)安置在第二电机支架(7)上可调整垂直方向的拍摄角度，第一舵机(4)安置在第一电机支架(3)上可调整水平方向的拍摄角度；所述底座(2)负责支撑整个系统结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的油茶果花识别定位系统，其特征在于该系统结构包括：主控制器(1)、RGB-D摄像头(6)和云台组成，所述云台包括：底座(2)、第一电机支架(3)、第一舵机(4)、第二舵机(5)和第二电机支架(7)；所述RGB-D摄像头安置在所述云台上，利用适配器通过标准USB接口与所述主控制器进行数据通信；所述主控制器通过GPIO口与所述云台的第一舵机(4)和第二舵机(5)连接，第二舵机(5)安置在第二电机支架(7)上可调整垂直方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，房银杰，王春岩，廉博超，王智琦，杨光奎，张浩，丁浩，刘彤斌，张梦涵，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23