基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法技术

本发明专利技术公开了基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，基于对称性原理，通过利用椭圆的中心对称的性质及二分迭代逼近方法，计算出椭圆中心坐标，不断逼近椭圆长短半轴长、方向角的实际值；根据褐菇实际生长情况，通过旋转举证进行坐标转换，得到褐菇伞盖在相机的实际坐标系下的三维位姿，相对于现有间苗技术，本发明专利技术具有更高的识别精度，具有很大的市场前景和推广价值。有很大的市场前景和推广价值。有很大的市场前景和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，特别涉及基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法。

技术介绍

[0002]间苗又称疏苗。为保证幼苗有足够的生长空间和营养面积，应及时拔除一部分幼苗。适时间苗，可避免幼苗拥挤，有利于培育壮苗。
[0003]由于工厂化的褐菇培养种植方式规模较大，采用人工方式进行疏苗不仅效率低，而且劳动强度大，严重制约了褐菇种植采摘相关行业的发展。现有机器视觉疏苗的方法，无法精确定位褐菇位置，导致挑选精度不高。针对上述疏苗的问题，而提出一种基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法。
[0004]2019年，南京航空航天大学的叶明等人提出一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法(授权号：CN107046933B)。该方法的蘑菇定位系统中，只能够定位蘑菇的中心位置，无法识别蘑菇的空间位姿；
[0005]2019年，王玲等人提出一种基于深度相机的褐菇菌盖伞区视觉在线测量方法(公布号：CN110084799A)。该专利技术中在相机固定位置拍摄到的褐菇深度图像，将此时的灰度值作为阈值进行图像的二值化处理，该方法并未考虑到褐菇实际生长位置的情况，褐菇个头大小并不统一，如果仅将一个褐菇的距离作为阈值，会出现背景分割不均匀；用八邻域跟踪法遍历褐菇菌盖及菌柄二值图的边界轮廓点序列，若存在遮挡情况，将无法确定伞盖的质心；
[0006]2019年，王玲等人提出一种基于特征点检测的粘连蘑菇视觉识别与测量方法(公布号：CN110059663A)。该方法主要解决的是粘连蘑菇的边界轮廓识别，采用八邻域跟踪法逆时针遍历蘑菇连通域的边界轮廓点。该专利技术无法测得蘑菇的深度信息，无法进行三维位姿的识别；
[0007]2022年，东北林业大学的黄英来等人提出一种基于深度迁移学习模型的蘑菇识别方法(授权号：CN111611924B)。该方法将迁移学习与蘑菇识别相融合，通过迁移学习，来识别蘑菇。该专利技术通过调整迁移学习中的参数，优化模型，达到识别蘑菇的效果。
[0008]2022年，淮阴工学院的胡荣林等人提出一种基于非完整性蘑菇图像的三维空间视觉定位方法、系统及装置(公布号：CN114359403A)。该方法首先基于YOLOv3网络进行图像的识别和定位，之后根据激光测距传感器获取相机与蘑菇之间的距离，计算蘑菇的三维坐标，最后通过对比左右相机获取的中心点坐标，进行微调。用激光测距传感器获得的深度信息，只能将相机移动到被测物体的正上方，进行深度测距，此方法对于实际检测来说，需要频繁移动相机。
[0009]综上所述，现有蘑菇识别方法存在无法精确定位目标位置，位姿识别精度不高等问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是克服现有技术缺陷，提供基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，能够根据褐菇实际生长环境准确识别褐菇的位姿信息。
[0011]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]步骤1)基于对称性椭圆拟合获取伞盖特征信息；
[0013]步骤2)根据椭圆参数，确定目标在概念相机坐标系下的位姿；
[0014]步骤3)基于旋转矩阵确定空间目标在实际相机坐标系下的位姿；
[0015]步骤4)基于双目视觉的褐菇空间位姿确定。
[0016]作为本专利技术的进一步限定，所述步骤1)中具体包括：
[0017]1‑
1)先对相机进行标定获取内外参，相机采集椭圆孔图像，并进行图像矫正及预处理，采用Canny算子得到椭圆的像素边缘；通过高斯拟合的方法得到椭圆的亚像素边缘；
[0018]1‑
2)基于椭圆对称性计算椭圆中心坐标，通过二分法迭代估计椭圆长半轴长、短半轴长和方向角。
[0019]作为本专利技术的进一步限定，其特征在于，步骤1
‑
2)中所述基于椭圆对称性计算椭圆中心坐标具体包括：计算椭圆不同角度0
°
～180
°
之间步长，角度步长：β＝180
°
/n的n组切线对li、li'，得椭圆切点对坐标：(x
i
，y
i
)、(x
i
′
， y
i
′
)，以及切点对之间的距离d
i
、切线与x轴的夹角α
i
，椭圆中心坐标可由式 (1)及式(2)计算
[0020][0021][0022]式中：x0、y0为估计的椭圆中心坐标；n为切点对的对数。
[0023]作为本专利技术的进一步限定，步骤1
‑
2)中所述通过二分法迭代估计椭圆长半轴长、短半轴长和方向角具体包括：二分法迭代估计椭圆长半轴长a，将得到的n个切点对之间的距离d
i
与切线与x轴的夹角α
i
的值，对n个d
i
从小到大进行排序，取前两个记为d
k
，d
s
(d
k
＞d
s
)，锁定椭圆长轴长存在于切线角范围为(α
k
，α
s
)的角度区域，通过二分法取下一个角度α
n+1
＝(α
k
+α
s
) /2，得到对应新的切线对l
n+1
，l
′
n+1
及切点对的距离d
n+1
；锁定下一个椭圆长轴长出现的切线角区域(α
n+1
，α
n+2
)，其中：α
n+2
＝(α
k
+α
n+1
)/2，如此往复通过二分法在迭代中不断更新逼近椭圆长轴长的真实值，设当迭代到第j次时， d
n+j
与d
n+j+1
差值的绝对值小于设定的迭代阈值ε，此时迭代结束，椭圆长半轴长计算见式(3)：
[0024][0025]计算椭圆短半轴长b及方向角θ，采用迭代逼近方式，对n个d
i
从小到大进行排序，取后两个记为d
v
，d
p
，由此锁定椭圆短轴长存在于切线角范围为(α
v
，α
p
)，与之前迭代方式相同，设当迭代到第m次时，d
n+m
与d
n+m+1
的差值绝对值小于设定的迭代阈值ε，此时迭代结束，椭圆的短半轴长及方向角的计算见式(4)及式(5)：
[0026][0027][0028]作为本专利技术的进一步限定，所述步骤2)具体包括：根据目标椭圆参数，获取该椭圆在像素坐标系上对应的长短轴四个特征点，然后转换到相机坐标系下，求得目标椭圆四个特征点在在概念相机坐标系下的三维坐标；
[0029]通过最大观测角LAA的两条边分别与空间目标圆面交于P、Q两点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)基于对称性椭圆拟合获取伞盖特征信息；步骤2)根据椭圆参数，确定目标在概念相机坐标系下的位姿；步骤3)基于旋转矩阵确定空间目标在实际相机坐标系下的位姿；步骤4)基于双目视觉的褐菇空间位姿确定。2.根据权利要求1所述的基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，其特征在于，所述步骤1)中具体包括：1
‑
1)先对相机进行标定获取内外参，相机采集椭圆孔图像，并进行图像矫正及预处理，采用Canny算子得到椭圆的像素边缘；通过高斯拟合的方法得到椭圆的亚像素边缘；1
‑
2)基于椭圆对称性计算椭圆中心坐标，通过二分法迭代估计椭圆长半轴长、短半轴长和方向角。3.根据权利要求2所述的基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，其特征在于，步骤1
‑
2)中所述基于椭圆对称性计算椭圆中心坐标具体包括：计算椭圆不同角度0
°
～180
°
之间步长，角度步长：β＝180
°
/n的n组切线对li、li'，得椭圆切点对坐标：(x
i
，y
i
)、(x
i
′
，y
i
′
)，以及切点对之间的距离d
i
、切线与x轴的夹角α
i
，椭圆中心坐标可由式(1)及式(2)计算(1)及式(2)计算式中：x0、y0为估计的椭圆中心坐标；n为切点对的对数。4.根据权利要求3所述的基于对称性椭圆拟合的褐菇间苗用伞盖三维位姿确定方法，其特征在于，步骤1
‑
2)中所述通过二分法迭代估计椭圆长半轴长、短半轴长和方向角具体包括：二分法迭代估计椭圆长半轴长a，将得到的n个切点对之间的距离d
i
与切线与x轴的夹角α
i
的值，对n个d
i
从小到大进行排序，取前两个记为d
k
，d
s
(d
k
＞d
s
)，锁定椭圆长轴长存在于切线角范围为(α
k
，α
s
)的角度区域，通过二分法取下一个角度α
n+1
＝(α
k
+α
s
)/2，得到对应新的切线对l
n+1
，l
′
n+1
及切点对的距离d
n+1
；锁定下一个椭圆长轴长出现的切线角区域(α
n+1
，α
n+2
)，其中：α
n+2
＝(α
k
+α
n+1
)/2，如此往复通过二分法在迭代中不断更新逼近椭圆长轴长的真实值，设当迭代到第j次时，d
n+j
与d
n+j+1
差值的绝对值小于设定的迭代阈值ε，此时迭代结束，椭圆长半轴长计算见式(3)：计算椭圆短半轴长b及方向角θ，采用迭代逼近方式，对n个d
i
从小到大进行排序，取后两个记为d
v
，d
p
，由此锁定椭圆短轴长存在于切线角范围为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙进，梁立，雷震霆，马昊天，周威，谢文涛，
申请(专利权)人：扬州大学江都高端装备工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：