[发明专利]一种主动照明下基于重叠边缘检测的夜间双果重叠番茄识别方法

说明书

本发明公开了一种主动照明下基于重叠边缘检测的夜间双果重叠番茄识别方法。本发明包括以下步骤：采集主动照明下的夜间双果重叠番茄图像；采用基于R‑G红绿色差的OTSU法进行图像分割；利用同态滤波法对图像分割后提取的双果重叠番茄区域的灰度图进行图像增强；提取经图像增强后双果重叠番茄区域的光斑区边缘、轮廓及重叠边缘；使用一种距离就近法实现双果重叠番茄中前未被遮挡番茄和后被遮挡番茄的前后位置关系判断；对重叠边缘和前未被遮挡番茄轮廓进行圆拟合，实现双果重叠番茄中前未被遮挡番茄的识别。本发明可实现夜间双果重叠番茄中前未被遮挡番茄的识别，对不同重叠率的重叠番茄，特别是对重叠率大的双果重叠番茄均具有良好的识别效果。

技术领域

本发明涉及图像处理中重叠番茄的识别方法，特别是对在主动照明下基于重叠边缘检测的夜间双果重叠番茄识别方法。

背景技术

果蔬采摘机器人是当前农业机器人研究领域的热点。视觉系统是果蔬采摘机器人的重要组成部分，可实现果蔬识别和3D定位。由于果蔬生长的复杂多变性，视觉系统在工作时经常遇到枝叶遮挡、果实重叠等不同的果蔬生长状态，给果蔬采摘机器人进行采摘作业带来了极大的挑战。其中重叠果实识别是当前果蔬采摘机器人视觉系统研究的难点之一。

当前重叠果实识别方法研究主要在白天自然光照条件下进行。为延长果蔬采摘机器人的工作时间，提高果蔬采摘机器人的工作效率和利用率，近年来，国内外学者逐渐开展了夜间环境下果蔬采摘机器人视觉系统的研究工作。然而，当前夜间果蔬采摘机器人视觉系统研究中，关于果蔬识别算法的研究主要针对夜间单果识别算法，对夜间重叠果的识别算法研究则较少。另外，当前大部分重叠果实识别算法无法实现重叠果实中前未被遮挡果实与后被遮挡果实的前后位置关系判断，导致果蔬采摘机器人先采摘后被遮挡果实时，易造成前未被遮挡果实被果蔬采摘机器人机械手末端执行器损伤，且对重叠率大的重叠果实，易出现识别错误，识别效果较差，其中重叠率指后面果实被遮挡部分占后面果实总面积的比例。在果蔬采摘机器人视觉系统研究中，迫切需要一种可实现夜间重叠果实中前未被遮挡果实及后被遮挡果实间前后位置关系判断及前未被遮挡果实识别的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动照明下基于重叠边缘检测的夜间双果重叠番茄识别方法，以实现主动照明下夜间双果重叠番茄的前后位置关系判断及前未被遮挡番茄的识别。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种主动照明下基于重叠边缘检测的夜间双果重叠番茄识别方法，具体步骤如下：

1.图像采集：采集主动照明下的夜间双果重叠番茄彩色图像；

2.图像分割：采用基于彩色图像中红色分量和绿色分量差R-G的OTSU图像分割算法进行夜间双果重叠番茄图像分割，提取双果重叠番茄区域；

3.图像增强：将步骤1所采集的夜间双果重叠番茄彩色图像中与经步骤2图像分割后所得图像分割结果中像素值为0的像素具有相同图像坐标的像素值置为0，得到去除背景后的夜间双果重叠番茄区域彩色图像，然后对去除背景后的夜间双果重叠番茄区域彩色图像进行灰度化处理，并利用同态滤波法进行图像增强；

4.重叠边缘检测：使用重叠边缘检测算法提取经步骤3图像增强后得到的图像中双果重叠番茄区域的光斑区边缘、轮廓及重叠边缘；

5.前后位置关系判断：基于步骤4提取的重叠边缘，分割重叠番茄轮廓，根据分割后的轮廓拟合圆圆心与重叠边缘中心的距离，实现双果重叠番茄中前未被遮挡番茄轮廓PF的提取及前未被遮挡番茄和后被遮挡番茄的前后位置关系判断，其中前未被遮挡番茄指在双果重叠番茄中，距离相机最近、没有被遮挡的番茄；

6.前未被遮挡番茄识别：采用圆拟合法对步骤4提取的重叠边缘和步骤5提取的前未被遮挡番茄轮廓进行圆拟合，从而实现双果重叠番茄中前未被遮挡番茄的识别。

以下对上述步骤进行详细说明：