[发明专利]一种旋转可调式双目视觉的目标识别定位装置及其在农业果实采摘机械的应用

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘领域，特别涉及一种旋转可调式双目视觉的目标识别定位装置及其在农业果实采摘机械的应用。 

背景技术

现有的农业果实采摘机械多为人工采摘或手工操作简单机构采摘，通常仅适宜小范围内作业，存在人工费用高、采摘效率低、自动化程度低等问题，很难适应农业果实的大规模种植和采摘要求。要提高农业果实采摘机械的智能化水平，首先要提高对果实的识别和定位效率。生长在植物或树上的果实的形状、尺寸、颜色、生长位置等差异性很大，而且果实总是随机分布生长，但现有的农业果实采摘机械一般采用固定的目标识别定位装置，只能在某一个角度范围内获得果实的图像信息，对自然生长的果实的识别范围受到限制。现有目标识别定位装置主要包括：固定在机械手的未端执行器械上或机械手上的单目、双目识别系统，其视角无法调节，且仅适合对单个水果或包含少量果实的一串植株的识别。而且，现有目标识别定位装置中固定位置的摄像机很难一次性识别出一个植株长度上的许多小果实，且当植株竖直下垂生长需要适当调节视角时，也无法有效识别。因此，现有装置无法让采摘机构在不损伤果实的前提下一次全部采下果实。对于这种生长特殊的小林果实的采摘，需要采摘机械的视觉系统能不断调整视觉范围和角度，以获得最佳的水果目标识别定位环境和受到光照最小影响的视角，但现有的农业果实采摘机械也无法满足这一要求。因此，研究和开发具有可调式目标识别定位装置的农业果实采摘机械，对于提高劳动生产效率、降低成本、保证果蔬品质要求具有重大意义。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种快速识别、准确定位、成本低的旋转可调式双目视觉的目标识别定位装置。 

本发明的另一目的在于提供上述目标识别定位装置在农业果实采摘机械上 的应用。 

本发明的目的通过下述技术方案实现： 

一种旋转可调式双目视觉的目标识别定位装置，包括支架、摄像机和图像处理系统；所述支架包括两根纵向导轨1和两根横向导轨4，横向导轨4与纵向导轨1采用滑动连接以实现摄像机在Z轴方向的移动；所述摄像机是通过底座5固定于支架上的两个左右对称设置的摄像机7，底座5可以绕Y轴进行旋转，从而带动摄像机7在Y轴方向的旋转以提高摄像机的观测角度和范围，底座5与横向导轨4采用滑动连接以实现摄像机在X轴方向的移动。 

所述图像处理系统是指对图像信息进行处理的计算机软件与硬件系统，包括图像处理硬件和图像处理软件。所述图像处理硬件包括图像采集卡、PC机；所述图像处理软件包括图像处理算法及其程序模块。其中图像采集卡的主要功能是对摄像机所获取的图像数据进行实时的量化，并将其转换为数字图像，同时提供与PC机的高速接口，将数字图像存储在计算机中。 

所述两个左右对称设置的摄像机7是两个CCD摄像机，镜头相距10～25cm，且它们之间的距离可以调节。 

所述图像处理系统的操作过程包括下述步骤： 

（1）摄像机标定：确定摄像机的视觉成像系统的内部参数和外部参数，即视觉成像系统对应的目标由图像坐标到世界坐标的映射关系； 

（2）图像采集：将摄像机获取的图像进行量化后转换为数字图像，并将其输入、存储到计算机中； 

（3）图像预处理：对存储到计算机中的数字图像进行对比度增强、平滑和图像增强的预处理； 

（4）颜色空间转换：将图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，用以适当减弱在室外环境下太阳光对图像的干扰，获取目标最佳的颜色特征； 

（5）图像分割与目标提取：采用图像分割算法，从获取的包含复杂背景的图像中分割出农业果实图像，然后从分割出的农业果实图像中识别和解译有意义的物体实体； 

（6）目标定位：目标提取完成后，得到该目标在图像中的几何位置信息，即获得农业果实在图像中的坐标位置，然后结合摄像机标定结果及双目视觉的视差原理，将二维坐标转换到真实三维空间坐标，最终求取目标的三维位置信息。 

一种农业果实采摘机械，包括上述目标识别定位装置、移动平台3、果箱2和夹持机械手6；所述移动平台3在水平Y轴方向上移动；所述目标识别定位装置的纵向导轨1固接于移动平台3的前部，夹持机械手6及其控制部分位于移动平台3的中部，果箱2位于移动平台3的尾部。 

所述夹持机械手6包括后臂8、前臂9和夹持手爪10；夹持手爪10固接在前臂9上并由前臂9带动，用于夹紧农业果实；前臂9与后臂8之间通过轴连接，且前臂9可以绕连接轴在竖直平面内做旋转运动，后臂8与移动平台3的主体连接。