基于双目视觉的农业机器人果实识别和定位研究.pdf

独创性声明f I I I IIII II I II I I II IIIIIJ Y 18 9 4 6 0 9本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：哆象二，，年参月嵋日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期干l J ( 光盘版) 电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理本学位论文属于不保密口。

学位论文作者签名：节豫山“ 年易月，‘日艚狮签名扣也 ^ ，，年占月店日江苏大学硕士学位论文摘要农业机械对操作目标的识别和定位是精准农业技术的关键，立体视觉技术能逼真的模仿人类的双目视觉功能，从两个不同的角度观察同一景物，通过两幅图像之间的视差获得目标物体的深度信息，从而计算出目标物的三维空间坐标实现对目标的定位和识别我国是果蔬生产大国，目前国内的果蔬采摘基本上都是人工进行，本文通过对双目立体识别和定位算法的研究，可以有效的提高机械手的采摘成功率，降低工人劳动强度和生产费用双目立体匹配技术的实现可分为图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重构几个部分论文针对双目立体视觉的几个关键技术进行了深入的研究 1 ) 在原始图像采集过程中，由于摄像机的抖动、变焦及其他环境因素的影响，采集到的图像信息可能会发生畸变，从而影响到立体匹配的精确度在图像畸变的预处理上，本文提出了一种基于位移、缩放和旋转因子的视差修正算法，利用左右图像的局部特征点建立左图像到右图像之间最佳立体匹配的转换关系在计算调整参数时以垂直视差为出发点，简化了计算过程实验表明，该方法能有效解决视图之问视差不匹配的问题，可以改善双目立体视觉的显示效果。

2 ) 在目标的识别和定位问题上，本文提出了一种基于角点聚类的自然路标局部特征提取及其建模和匹配的算法，和以往算法不同的是，其最大程度上利用了角点的几何特性，且角点响应函数的设计简单独特，角点检测精度高由于同一种类的水果具有外形一致性的特点，利用角点聚类能避免大量的冗余计算以角点视差、角点距离和颜色等为约束条件，大大提高了果实目标的匹配精度理论分析与实验证明，此算法能够快速检测水果形状和建立稳定的局部特征模板，并能够在背景变换情况下正确识别目标通过对不同背景下果实目标进行大量试验，发现基于单一特征属性的提取方法角点匹配效率低、定位精度差，基于视差的定位精度为7 8 ％，基于距离的定位精度为7 3 ％，基于颜色的定位精度为6 8 ％，本文提出的算法融合三种特征属性，定位精度为8 9 ％试验结果表明该算法具有较高的鲁莽性，能够更有效定位果实位置，提高机械手采摘效率论文中应用M a t l a b 、C + + 进行基于实验算法的编程，通过软硬件平台的配合，对实验数据进行了详细的分析，实验效果表明，该方法能有效改善机器视觉识别江苏大学硕士学位论文和定位t 7 1 标的成功率关键字：双目立体视觉；特征提取；角点聚类；三维重建；江苏大学硕士学位论文A b s t r a c tA g r i c u l t u r a lm a c h i n e r yf o ro p e r a t i o nt a r g e tr e c o g n i t i o na n dp o s i t i o n i n gi so n eo ft h ek e yt e c h n i q u e si np r e c i s i o na g r i c u l t u r e ．S t e r e ov i s i o nt e c h n o l o g yc a nl i f e l i k ei m i t a t eh u m a nb i n o c u l a rv i s i o nf u n c t i o n s ，n a m e l yf r o mt w od i f f e r e n ta n g l e so fo b s e r v i n gt h es a m es c e n e r y , t h r o u g hp a r a l l a xb e t w e e nt h et w oi m a g e so b t a i n e dd e p t hi n f o r m a t i o no ft h eo b j e c t ，t h e nc a l c u l a t e so u tt a r g e t so ft h r e e - d i m e n s i o n a ls p a c ec o o r d i n a t e st oa c h i e v et a r g e tl o c a l i z a t i o na n dr e c o g n i t i o n ．O u rc o u n t r yi sf r u i ta n dv e g e t a b l ep r o d u c t i o nc o u n t r y , a tp r e s e n td o m e s t i ch a r v e s t i n ga r eb a s i c a l l ya r t i f i c i a l l y ,t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h es t e r e ob i n o c u l a rr e c o g n i t i o na n dl o c a l i z a t i o na l g o r i t h mo fr e s e a r c h ，c o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h eS u c c e s sr a t eo ft h em a n i p u l a t o r , r e d u c i n gw o r k e r sp i c k i n gl a b o ri n t e n s i t ya n dp r o d u c t i o nc o s t s ．T h er e a l i z a t i o no fb i n o c u l a rs t e r e om a t c h i n gt e c h n o l o g yC a l lb ed i v i d e di n t oi m a g ea c q u i s i t i o na n dc a m e r ac a l i b r a t i o n ，f e a t u r ee x t r a c t i o n ，t h r e e —d i m e n s i o n a lm a t c h i n ga n d3 dr e c o n s t r u c t i o ns e v e r a lp a r t s ．P a p e ro fb i n o c u l a rs t e r e o v i s i o nf o l l o w i n gaf e wk e yt e c h n o l o g yw a sd i s c u s s e di nt h ep a p e r ．T h er e a l i z a t i o no fb i n o c u l a rs t e r e om a t c h i n gt e c h n o l o g yc a nb ed i v i d e di n t oi m a g ea c q u i s i t i o na n dc a m e r ac a l i b r a t i o n ，f e a t u r ee x t r a c t i o n ，t h r e e —d i m e n s i o n a lm a t c h i n ga n d3 dr e c o n s t r u c t i o ns e v e r a lp a r t s ．S e v e r a lk e yt e c h n o l o g yo fb i n o c u l a rs t e r e o v i s i o nw a sd i s c u s s e di nt h ep a p e r ．( 1 ) I nt h eo r i g i n a li m a g ea c q u i s i t i o np r o c e s s ，t h ec o l l e c t e di m a g ei n f o r m a t i o nm a yh a p p e nd i s t o r t i o nd u et ot h ec a m e r ad i t h e r i n g ，z o o ma n do t h e re n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，t h u sa f f e c t i n gt h ea c c u r a c yo ft h et h r e e ·d i m e n s i o n a lm a t c h i n g ．I nt h ei m a g ed i s t o r t i o np r e t r e a t m e n t ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dam e t h o db a s e do nd i s p l a c e m e n t ，z o o m i n ga n dr o t a t i n gf a c t o ro ft h ep a r a l l a xc o r r e c t i o na l g o r i t h m ，u s i n gt h el o c a lf e a t u r ep o i n t sa r o u n dt h ei m a g eo nt h el e f ti m a g et oe s t a b l i s h e db e t w e e nt h eb e s ts t e r e om a t c h i n ga sc o n v e r s i o n s ．I nt h ec a l c u l a t i o no fa d j u s t m e n tp a r a m e t e r sa sas t a r t i n gp o i n t ，i nv e r t i c a lp a r a l l a xm e t h o ds i m p l i f i e st h ec a l c u l a t i o np r o c e s s ．E x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h i sm e t h o dc a ne f f e c t i v e l ys o l v et h em i s m a t c hb e t w e e np a r a l l a xv i e w , c a l li m p r o v et h ed i s p l a yo fb i n。