[发明专利]双孢菇直径测量和中心点定位方法

说明书

本发明公开一种基于单目视觉的双孢菇直径测量和中心点定位方法。标准培养架上的双孢菇高矮不均会对双孢菇的直径测量和中心点定位造成透视投影误差，本发明根据平行双目视觉原理，提出一种基于单目视觉对双孢菇的精确测量和定位的方法。通过单目相机的水平移动对双孢菇中心点的三维坐标进行测量，并通过其Z轴的深度信息对双孢菇直径的测量结果进行补偿。该发明方法结构简单，算法效率高，鲁棒性强，最终获取的双孢菇直径测量和中心点定位精度都较高。

技术领域

本发明涉及采摘机械领域，具体涉及果蔬采摘机器人的果实直径测量以及中心点定位的算法及方式，主要是针对标准培养架上的双孢菇采摘和分类。

背景技术

全球绝大多数双孢菇生产基地仍在使用劳动力进行手工采摘和分类，部分国家的双孢菇生产基地采用半自动化的采摘和分类。使用劳动力对双孢菇进行手工采摘的效率较低，而且不能实现对双孢菇的24小时全天候的采摘，同时每个人凭肉眼对双孢菇的进行感官上的质量评估，长时间后会产生疲劳，评估标准不一致使双孢菇的品质分类也不够严谨。实现双孢菇的自动化采摘和分类已是必然趋势。其中，机器视觉技术是双孢菇采摘机器人的一项关键技术。因为成熟的双孢菇伞盖直径一般在30mm～50mm之间，所以双孢菇采摘机器人可以通过视觉系统测量伞盖直径，以判断双孢菇的成熟标准，并获取已成熟的双孢菇中心点坐标，传给上位机来实施采摘。

然而，双孢菇在生长过程中的生长姿态各不相同，有高有矮，还有多个双孢菇聚团生长、根部连在一起的现象，这些都会对双孢菇的视觉识别带来不利影响。此外，基于我国目前双孢菇培养架的标准尺寸，上下层之间的空间只有0.3米，采用普通单目视觉技术时，空间的限制会导致视野较小，采摘效率低，且采集所得图像畸变严重。同时，由于镜头的透视误差存在，土壤不平整，双孢菇的高矮不均，会严重影响双孢菇的直径测量和中心点定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种双孢菇直径测量和中心点定位方法。

为达到上述目的，本发明采用如下工作原理：通过单目相机的水平移动，对双孢菇中心点的三维坐标进行测量，然后利用深度信息，对双孢菇直径测量结果进行误差补偿，最终实现了基于单目视觉的双孢菇直径精确测量和中心点定位。本发明算法简单、安装方便、效率高、鲁棒性强，具有很强的实用性。

一种双孢菇直径测量与中心点定位的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.搭建双孢菇采摘机器人的视觉系统，相机和光源固定在直线滑台上，随滑块直线运动，运动方向平行于双孢菇培养架的宽度方向，并通过相机标定获取相机的内外参数；

b.对每一块区域的双孢菇，通过水平移动固定一段基线距离b分别在A、B两个位置进行图像采集；

c.将步骤b采集到的A、B两位置的图像进行畸变校正；

d.将步骤c所得的A、B两位置的图像从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间中，并对其V分量灰度值进行线性拉伸；

e.采用阈值分割算法，将双孢菇和土壤分离,并对分割后的双孢菇区域进行形态学处理,初步去除土壤中的菌丝；

f.采用分水岭算法，对步骤d所得区域进行区域分割，并对分割后的区域利用圆度筛选和面积筛选，再一步去除土壤中的菌丝和部分未成熟的双孢菇干扰；

g.把经过筛选的区域进行轮廓提取，并对所提取的轮廓进行椭圆拟合，计算每一双孢菇的直径和图像坐标；

h.对A、B两位置图像所获取的中心点图像坐标进行匹配，计算双孢菇的中心点坐标(X,Y,Z)；

i.根据双孢菇的深度信息Z对其直径测量结果做出误差补偿。

上述步骤b中基线距离b的确定方法：