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双目视觉识别柚子轴线姿态的一种方法

云双;张秋菊

【摘要】Recognizingthefruitposturewasoftenneededinthe

applicationsoffruitsorting,testingandroboticfruit-picking.Basedonthe

binocularstereovisiontechnology,amethodoffindingthethree-

dimensionalorientationofthegrapefruitaxisbysearchingforthefruit

boundaryshapewithphotographicgeometryprinciplewaspresented.The

effectivenessofthemethodwasprovedbytheexperimentalresults.%在水

果分选、检测以及水果采摘机器人中,需要识别目标物体的姿态信息.文中讨论了一

种利用双目立体视觉技术,通过寻找柚子边界形状并结合摄影几何原理寻找其轴线

三维姿态的方法,实验验证了该方法的有效性.

【期刊名称】《江南大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2012(011)001

【总页数】5页(P33-37)

【关键词】像面轴线;空间交汇;水果姿态

【作者】云双;张秋菊

【作者单位】江南大学机械工程学院,江苏无锡214122;江南大学机械工程学院,江

苏无锡214122

【正文语种】中文

【中图分类】TP39

近年来，在水果品质自动检测、水果分级分选方面，机器视觉系统得到了越来越多

的应用［1-4］。在水果采摘、分拣和加工中应用机器人技术正在成为实现水果加

工自动化的一大发展趋势，不仅可以改善水果加工卫生条件，还可以减轻劳动强度

和提高劳动效率。采用机械手取代人工操作，获取水果位姿信息是非常关键的。例

如水果采摘机器人，必须知道水果姿态才可以通过机械手准确地抓取而不损坏果肉。

同样对于传送带上的水果，也需要准确地识别其位姿来进行下一步操作。目前在焊

接、装配、包装、码垛等工业机器人应用场合，机器视觉技术已越来越普遍地用于

识别工件位姿。

国内外已有一些研究人员开展了利用视觉技术识别水果位姿的研究。文献［5］对

番茄位姿的图像识别方法进行了研究，提出利用矩法来提取番茄的生长姿态。该方

法适用于番茄类扁形的果实。文献［6］分别利用形态学操作判别果梗中心和凹凸

法判别花萼中心，然后连接两中心来确定果轴。在获取的苹果图像中，如果果梗不

明显，就会导致判别失误，所以，果梗判别在该方法中起着关键的作用。但是这两

种方法所提取的仅是果轴轴线的二维姿态。文献［7-8］研究了机器视觉识别水果

大小和形状的方法。迄今为止，对于水果轴线空间三维姿态的研究尚不多见。

文中针对具有回转对称特点的水果轴线空间位姿的识别问题，基于双目视觉技术，

提出了一种利用果实边界形状来提取像面轴线、进而确定轴线三维位姿的方法，该

方法可以避免判别果梗，比较简单。经过实验验证，该方法可以取得较好的效果。

1利用果实边界形状提取像面轴线

对于具有回转对称特点的物体，其空间回转轴在摄像机成像平面上的投影可以称之

为像面轴线，以图1中的柚子为例，其外轮廓的对称轴可以认为是空间回转轴在

像面上的投影，如图中斜线所示。

图1柚子像面轴线示意Fig．1Schematicdiagramoftheimageplaneaxis

要想正确得出目标物体姿态信息，关键在于如何正确寻找像面轴线。文中使用的方

法如下。

1．1寻找像面图像的形心坐标

利用图像处理得出的边缘序列点edge(xi，yi)，其中i=1，2，…，n;然后根据质

点法求解形心点坐标(cx，cy)，即

式(1)中xedge(xi，yi)为边缘序列点i的横坐标，yedge(xi，yi)为边缘序列点i的

纵坐标。

1．2确定像面轴线

求得图像的形心点后，可以求得边缘像素到形心点的半径序列radius(i)，其中

i=1，2，…，n，从radius(i)中等间隔选择偶数个点，得到r(j)序列，j=1，2，…，

m，m=n/4，取h=1，2，…，m/2，由h将r(j)序列分成两部分，计算h值两侧

对应半径差的绝对值为

对于式(2)，如果h－l＞0，取序号为h－l;如果h－l≤0，取序号为m+h－l。取g