一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，包括以下步骤：获取待采摘区域图像信息并通过图像预处理后传入Kmeans分类器进行分类；进行RGB通道分离和图片筛选，当满足预设条件时输出信号；通过抓头机构获得miniPC的输出信号，控制草莓进入到等待切割的位置并完成轨道切换；通过微动开关被触发后会进行切割草莓并收集，完成采摘。采用本发明专利技术可以持续性、高效地以流水线的形式采收草莓，不需要将机构停下等待采摘，大大提高了采摘效率，同时，对需要采摘的草莓进行合理有效的分拣，防止在采摘过程中混入未成熟草莓，保证了采摘质量，有效推进了农业种植的自动化科技化进程，具有广阔的市场前景。

An automatic strawberry picking method based on kmeans algorithm

The invention discloses an automatic strawberry picking method based on the kmeans algorithm, which comprises the following steps: obtaining the image information of the area to be picked and transferring it to the kmeans classifier for classification after image preprocessing; carrying out RGB channel separation and image filtering, and outputting the signal when the preset conditions are met; obtaining the output signal of minipc through the grab mechanism, and controlling the strawberry to enter the waiting cutting The cutting position and track switching are completed; after being triggered by the microswitch, the strawberry will be cut and collected to complete the picking. The invention can continuously and efficiently harvest strawberries in the form of assembly line without stopping the mechanism to wait for picking, greatly improving the picking efficiency, at the same time, reasonably and effectively sorting the strawberries to be picked, preventing the immature strawberries from being mixed in the picking process, ensuring the picking quality, effectively promoting the automatic scientific and technological process of agricultural planting, and has a wide range of advantages Broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法
本专利技术涉及农业生产领域，具体是一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法。
技术介绍
中国作为农业大国，多项数据位居直接之最，其中草莓种植面积达200万亩左右，是世界草莓属植物种类分布最多的国家，相对于欧美国家来说，中国的农业种植化程度很高，但是农业的自动化程度很低，这种较低的自动化程度，大大限制了中国农业采摘的效率，同时人力劳动成本的上升也对人工采摘业造成了很大的冲击。目前，我国草莓主要以日光温室促成栽培、早春大中拱棚半促成栽培和露地栽培三种形式生产，草莓采摘通常以人工为主，质量和效率难以兼顾。因此，设计一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法应用于现有国内草莓种植环境，既可对草莓进行有效成熟度分拣，又可以高效连续采摘，成为亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)通过与miniPC连接的摄像头获取待采摘区域的图像信息，图像信息通过图像预处理后传入Kmeans分类器，基于Kmeans机器学习算法进行分类；2)然后将经过Kmeans分类器分类的每一类图片进行RGB通道分离，将分离之后的三通道的数值比对，得到符合阈值的通道，同时对每一类的图片进行筛选，当满足预设条件时，则认定里面有成熟草莓，并在原始图像画出草莓范围并输出信号；3)通过抓头机构监控串口并获得miniPC的输出信号，当检测到成熟草莓时相应地进行电机控制，控制草莓进入到等待切割的位置，当草莓到达合适切割位置，完成轨道切换；4)通过外部中断检测微动开关，在微动开关被触发后会进行切割动作，切割后的草莓通过自适应高度的挡板带运输并引导到快拆收集筐中，完成采摘。作为本专利技术进一步的方案：步骤1)中，所述摄像头为锐视威尔高清摄像头。作为本专利技术再进一步的方案：步骤1)中，所述miniPC为树莓派，且开发环境为基于C++语言的OpenCV库。作为本专利技术再进一步的方案：步骤1)中，所述图像预处理包括降低曝光率、降低图像分辨率和进行高斯滤波来滤除整个图像中的噪点。作为本专利技术再进一步的方案：步骤1)中，所述分类为分为四类。作为本专利技术再进一步的方案：步骤2)中，所述预设条件包括颜色条件和面积条件。作为本专利技术再进一步的方案：步骤3)中，所述抓头机构负责与miniPC的视觉处理通信并监控微动开关和控制电机和舵机实现轨道切换和切割功能。所述的基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法在草莓采摘中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术可以持续性、高效地以流水线的形式采收草莓，不需要将机构停下等待采摘，大大提高了采摘效率，同时，对需要采摘的草莓进行合理有效的分拣，防止在采摘过程中混入未成熟草莓，保证了采摘质量，有效推进了农业种植的自动化科技化进程，具有广阔的市场前景。附图说明图1为根据本专利技术实施例的基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法的流程图。图2为根据本专利技术实施例的基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法中的照片经过Kmeans算法分类的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护苑围。一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，包括以下步骤：1)通过与miniPC连接的摄像头获取待采摘区域的图像信息，图像信息通过图像预处理后传入Kmeans分类器，基于Kmeans机器学习算法进行分类；2)然后将经过Kmeans分类器分类的每一类图片进行RGB通道分离，将分离之后的三通道的数值比对，得到符合阈值的通道，同时对每一类的图片进行筛选，当满足预设条件时，则认定里面有成熟草莓，并在原始图片画出草莓范围，输出信号；3)通过抓头机构监控串口并获得miniPC的信号，当检测到成熟草莓时相应地进行电机控制，控制草莓进入到等待切割的位置，当草莓到达合适切割位置，完成轨道切换；4)通过外部中断检测微动开关，在微动开关被触发后会进行切割动作，切割后的草莓通过自适应高度的挡板带运输并引导到快拆收集筐中，完成采摘。其中，所述摄像头为锐视威尔高清摄像头；所述miniPC为树莓派，且开发环境为基于C++语言的OpenCV库；所述图像预处理包括降低曝光率、降低图像分辨率和进行高斯滤波来滤除整个图像中的噪点；所述分类分为四类；所述预设条件包括颜色条件和面积条件；所述抓头机构负责与miniPC的视觉处理通信并监控微动开关和控制电机和舵机实现轨道切换和切割功能。下面，将参照图1详细描述本专利技术实施例的基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法。一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，包括以下步骤：首先，通过与miniPC连接的摄像头获取待采摘区域的图像信息，图像信息通过图像预处理后传入Kmeans分类器，基于Kmeans机器学习算法进行分类；所述摄像头为锐视威尔高清摄像头；所述miniPC为树莓派，且开发环境为基于C++语言的OpenCV库；所述图像预处理包括降低曝光率、降低图像分辨率和进行高斯滤波来滤除整个图像中的噪点；所述分类分为四类。在嵌入式操作系统的选取上，我们采用了μC/OSIII，它是一个可以基于ROM运行的、可裁剪的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，适合很多商业操作系统性能相当的实时操作系统(RTOS)，它可以实现多任务的调度，在这个任务调度器之上完善并添加了和多任务操作系统相关的系统服务，如信号量、邮箱等。为了降低成本我们采用的是树莓派作为视觉算法的上位机系统，开发环境为基于C++语言的OpenCV库。摄像头作为整个采摘机器人的“眼睛”，快速以及准确分辨成熟草莓是主要任务。为了提高鲁棒性，没有采用简单的颜色分类的算法，而是采用了鲁棒性更高的Kmeans机器学习算法，将图像预处理过得图片传入Kmeans分类器中，进行分类。摄像头的工作环境为黑色的背景，所以图像预处理将其分为3类，可以很好地将成熟草莓以及非成熟草莓分隔开。在草莓进入轨道后，顺着5mm宽的轨道继续前进(一般来讲草莓梗不会超过5mm)，并进入摄像头的视野，被分辨出成熟与否的草莓将被分道叉拨片分拣，当拨片在左侧时，草莓梗顺着拨片进入切割轨道。而当在右侧时，草莓将继续直行，从不切割轨道离开。其次，将经过Kmeans分类器分类的每一类图片进行RGB通道分离，将分离之后的三通道的数值比对，得到符合阈值的通道，同时对每一类的图片进行筛选，当满足预设条件时，则认本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)通过与miniPC连接的摄像头获取待采摘区域的图像信息，图像信息通过图像预处理后传入Kmeans分类器，基于Kmeans机器学习算法进行分类；/n2)然后将经过Kmeans分类器分类的每一类图片进行RGB通道分离，将分离之后的三通道的数值比对，得到符合阈值的通道，同时对每一类的图片进行筛选，当满足预设条件时，则认定里面有成熟草莓，并在原始图像画出草莓范围并输出信号；/n3)通过抓头机构监控串口并获得miniPC的输出信号，当检测到成熟草莓时相应地进行电机控制，控制草莓进入到等待切割的位置，当草莓到达合适切割位置，完成轨道切换；/n4)通过外部中断检测微动开关，在微动开关被触发后会进行切割动作，切割后的草莓通过自适应高度的挡板带运输并引导到快拆收集筐中，完成采摘。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过与miniPC连接的摄像头获取待采摘区域的图像信息，图像信息通过图像预处理后传入Kmeans分类器，基于Kmeans机器学习算法进行分类；
2)然后将经过Kmeans分类器分类的每一类图片进行RGB通道分离，将分离之后的三通道的数值比对，得到符合阈值的通道，同时对每一类的图片进行筛选，当满足预设条件时，则认定里面有成熟草莓，并在原始图像画出草莓范围并输出信号；
3)通过抓头机构监控串口并获得miniPC的输出信号，当检测到成熟草莓时相应地进行电机控制，控制草莓进入到等待切割的位置，当草莓到达合适切割位置，完成轨道切换；
4)通过外部中断检测微动开关，在微动开关被触发后会进行切割动作，切割后的草莓通过自适应高度的挡板带运输并引导到快拆收集筐中，完成采摘。


2.根据权利要求1所述的基于Kmeans算法的自动化草莓采摘方法，其特征在于，步骤1)中，所述摄像头为锐视威尔高清摄像头。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田林睿，李崧玮，祁乐，吕晓阳，
申请(专利权)人：田林睿，
类型：发明
国别省市：黑龙;23