基于图象处理秧苗子叶方向判断研究.pdfVIP

1—143 基于图象坐里的哒董予吐友应判断研究 王红永‘ 曹其新一 杨学军。 010 (。中目农业机槭化科学研究院北京100083 (一上海变通大学机器人研究所上海200030021 摘曼在采用机器人嫁接双子叶秧苗时．由于其特殊的单片子叶切除嫁接法的嫁接工艺要求，秧苗在 进行自砖机械嫁接作业时必需授一定的方向供给。到目前为止．尽管此类作物秧苗的嫁接作业业已实 现机嚣人自动嫁接。但是秧苗的供给还是处于手工作业状态。为此，作者利用图象处理法开发出秧苗子 叶方向判断系坑．以求解决嫁接作业的手工供苗，提高机器人嫁接作监系统的自动化程度和工作效率。 试验结果表明。本研究开发出的图象处理系统能有效地判断双子叶作物秧苗的子叶生长方向．其判新误 差船够满足农艺要求。 1引 言 嫁接做为提高农产品的产量和质量的有效途径，在蔬果 生产中得到了广泛地应用。为了提高生产效率和嫁接质量． 减低劳动强度，蔬果秧苗嫁接机器人已在实际生产中投入使 用。但是，由于植物的生物特性，秧苗的生长根难保持一致， 因此在实麓机器人嫁接作业以前，一般柿需对秧苗进行挑选 从而保证机器人嫁接作业质量，满足农业生产妻求。同时对 于双子叶作物，由于其特殊的单片子叶切除嫁接法(图1)的 穹警 嫁接工艺要求，秧苗在嫁接时都必须按一定的方向人工供给。 为了取代人工作业。提高机器人工作效率．本研究试图开发出 圈1簟片于叶嫁接法 一套计算机控村的双子叶秧苗自动选别和供给系统。在此。 本文将探讨利用图象处理法对秧苗子计方向判断的研究。 2-数字图象处理法的秧苗子叶方向检出原理 随着计算机技术的迅速发展和专用敦字图象处理硬件的开发。使得帆嚣视觉系统及数字图象 技术已经从工业领域，试验室走入农业生产领域，尤其是被广泛地应翔予农产品的分级．定点除草 和施肥等作业上‰妇。图象处理技术一般是作为机器视觉系统的重要组成部分在农业生产中得到 应用。它为提高农业生产效率，减轻农业生产劳动强度．减少农药和化肥的施放，保护生态环境起 到了越来越重要的作用。 2．1子叶方向检出 作为机器视觉系统的重要组成部分之一．图象处理技术主要是通过一定的算法对特定的物体 l一144 按一定的要求求出其特征参数，并利用这些参数对物体进行判 别和分类。利用图象处理法对物体的判别和分类的主要依据是 物体图象的几何形状。秧苗的大小不同，其形状差异很大。但 是，在利用单片子叶切除嫁按法时，为了确保秧苗的嫁接效果， 防止假性嫁接和提高秧苗的嫁接质量．根据农艺要求．一般来说 秧苗都是在其第三片叶子长出前或刚长出时进行。因此，如图 2所示，可定义子叶端点与秧苗中心的连线AO和BO为各片子 叶的方向角。其角度可根据A，O，B各点的坐标位置求得。 秧苗的投影图象可近似地用一2维连续函数来表达。其几 何方位可以根据其重心和最小惯性矩轴(图象主轴)的角度来确 图2秧苗的子叶方向 定【3．．J。对于一个2维连续函数f(x。y)来说。重量为IEf(x。y) =1]的(“q)次矩可被定义为： M(p．q)=∑xpyq t■”e5 P。q=0．1，2，…… 因此图象的重心和主轴方向角可由下面两式分别求得： x=黜andY=黜 (2) tan2a+避黼酱必tara=1 (3) 其中：M(O．O)为图象面积 M(1，O)和M(0．1)分别为对Y轴和X轴的力矩 M(2．0)和M(0。2)分别为对Y轴和x轴的2次矩 子叶两靖点A。B是通过作图象主轴mn的法线与子叶的临