[发明专利]一种实景下的西瓜图像处理和定位方法

摘要

本发明提出一种实景下的西瓜图像处理和定位方法，其特征在于，所述定位是通过对左右两个摄像机采集到的实景西瓜图像有效截图后进行图像处理，分别计算出西瓜重心在左右两幅图像上以图像中心为坐标原点的坐标，再将计算出的两幅图像中的西瓜重心坐标采用斜视双目视觉定位算法，获得以左摄像机为坐标原点的西瓜重心的实际三维空间坐标的过程。其中，图像中的西瓜重心坐标是先对初步定位出的西瓜重心点所在区域进行有效截图后再作进一步的图像处理从而计算出来。本方法为西瓜采摘机器人提供关键的视觉定位技术，成本低且定位精度较高。

主权项

1.一种实景下的西瓜图像处理和定位方法，其特征在于，通过对拍摄的实景西瓜图像进行有效截图并进一步图像处理得到的西瓜重心坐标为基础，根据斜视双目视觉定位算法计算出以左摄像机为坐标原点的西瓜重心的实际三维空间坐标，具体步骤为：步骤101：左右两个摄像机拍摄实景下的同一个西瓜目标，获得西瓜在不同位置拍摄的2幅图像；步骤102：读入拍摄的左右2幅实景西瓜图像并对其分别有效截图并图像处理后，可分别计算出西瓜重心点在左右2幅实景西瓜图像上的坐标(x1+a1,y1+b1)和(x2+a2,y2+b2)，该坐标是以实景西瓜图像最左上角像素点为坐标原点的像素坐标；步骤103：建立以图像中心为坐标原点的图像坐标系，将步骤102计算出的西瓜重心点坐标(x1+a1,y1+b1)和(x2+a2,y2+b2)转换成以实景图像中心为坐标原点的西瓜重心点坐标(xl，yl)和(xr，yr)；步骤104：计算得到左右两个摄像机对同一个西瓜重心目标的视差(xl-xr)；步骤105:根据平视双目定位算法，计算出在平视情况下，西瓜重心目标点相对于以左摄像机摄像头中心为坐标原点的三维空间坐标(xc，yc，zc)：xc＝b×xl/(xl-xr)，b为基线距 (1)yc＝b×yl/(xl-xr) (2)zc＝b×f/(xl-xr)，f为相机焦距 (3)步骤106：将平视时的坐标系的3个坐标轴均旋转一个β角度，就可得到斜视时的三维坐标系，并由此可推导出斜视双目视觉定位公式(4)、(5)、(6)，将步骤105计算得到的西瓜重心的三维空间坐标(xc，yc，zc)代入公式(4)、(5)、(6)：xw＝xc (4)yw＝zc×cosβ+yc×sinβ (5)zw＝zc×sinβ-yc×cosβ (6)则可计算出西瓜重心的实际三维空间坐标(xw，yw，zw)；所述以实景西瓜图像最左上角像素点为坐标原点，对实景西瓜图像进行截图并图像处理得到的西瓜重心坐标(x1+a1,y1+b1)和(x2+a2,y2+b2)，其具体步骤为：步骤201：读入实景西瓜图像将其转为灰度图像，再转为二值图像；步骤202：对二值图像进行处理，求取该二值图像上像素值为0的点到距离其最近的非零点的距离，得到一个距离矩阵，找出这个距离矩阵中的最大值，则这个最大值所在的像素点位置即可认为是西瓜重心所在区域内的一点(x0,y0)，亦称初步定位点；步骤203：以初步定位点(x0,y0)为参考点，对原实景西瓜图像进行截图处理，所截图像的大小为原图像大小的四分之一；具体地，设原图像大小为m×n×3的矩阵：(1)若x0<1/4×m且y0<1/4×n,则截取原图像的区域为(0:1/2×m，0:1/2×n)；(2)若x0<1/4×m且1/4×n<y0<3/4×n,则截取原图像的区域为(0:1/2×m，y0-1/4×n:y0+1/4×n)；(3)若x0<1/4×m且y0>3/4×n,则截取原图像的区域为(0:1/2×m，1/2×n:n)；(4)若1/4×m<x0<3/4×n且y0<1/4×n,则截取原图像的区域为(x0-1/4×m:x0+1/4×m，0:1/2×n)；(5)若1/4×m<x0<3/4×n且1/4×n<y0<3/4×n,则截取原图像的区域为(x0-1/4×m:x0+1/4×m，y0-1/4×n:y0+1/4×n)；(6)若1/4×m<x0<3/4×n且y0>3/4×n,则截取原图像的区域为(x0-1/4×m:x0+1/4×m，1/2×n:n)；(7)若x0>3/4×m且y0<1/4×n,则截取原图像的区域为(1/2×m:m，0:1/2×n)；(8)若x0>3/4×m且1/4×n<y0<3/4×n,则截取原图像的区域为(1/2×m:m，y0-1/4×n:y0+1/4×n)；(9)若x0>3/4×m且y0>3/4×n,则截取原图像的区域为(1/2×m:m，1/2×n:n)；获得截图区域后，分别对原实景西瓜图像的R、G、B三个分量截取相应区域，再将这三个分量截得的图像重构成一幅RGB图像；步骤204：将截图所得RGB图像的红绿蓝三个颜色通道映射到色调、饱和度和亮度空间并提取其H分量；步骤205：将H分量构成的图像二值化后进行形态学腐蚀操作；对腐蚀后的二值图像进行删除小目标处理，再对删除小目标后的图像进行填充孔洞操作；步骤206：找出填充孔洞后图像的所有非零点像素值及其坐标(xi，yi)，计算出截图图像中的目标区域重心点坐标(x1，y1)：区域面积：S＝Σ1 (7)目标区域重心点横坐标：x1＝1/S×Σxi (8)目标区域重心点纵坐标：y1＝1/S×Σyi (9)步骤207：若截图图像的最左上角像素点对应原实景西瓜图像的像素点(a1，b1)，则目标区域重心点，即西瓜重心点，在原实景西瓜图像中的坐标则为(x1+a1,y1+b1)。