[发明专利]基于高速摄影双目视觉技术的果柄动态结合力获取方法

说明书

本发明公开了一种基于高速摄影双目视觉技术的果柄动态结合力获取方法，该果柄动态结合力获取方法基于高速摄影双目视觉技术，通过在果实表面标记特征点和以果实和果柄的结合处为原点标记为O₁并建立绝对坐标系，确定静态时的原点O₁与各特征点的固有关系和动态时各时刻下原点O₁的绝对坐标；并根据各时刻下原点O₁的绝对坐标确定果实加速度，并根据该果实加速度获得t时刻下的果实惯性力；根据任意时刻下果实所受的等效合力F_D与惯性力F_惯性力平衡且果实所受的等效合力F_D为果柄动态结合力F_J与果实重力G的矢量和，故求得果柄动态结合力为F_J＝F_惯性力‑G。本发明基于高速摄影双目视觉技术获得果实的惯性力，并通过果实所受到的惯性力和重力反推获得果柄动态结合力，方法简洁且快速高效。

技术领域

本发明涉及农林业果树采收技术领域，尤其涉及林果振动采收领域中对果实所受结合力的研究研究，具体地说是一种基于高速摄影双目视觉技术的果柄动态结合力获取方法。

背景技术

林果采收作业是林果生产中最耗时、最费力的一个环节，对于银杏、红枣、核桃等干果类林果，目前最有效的采收方式是机械振动采收，其采收机械的采收效果与多种因素有关，包括果树的固有特性和机械振动的工作参数。近年来国内对果实脱落力的研究主要为静态结合力，即通过拉力计测量果实静态结合力，但果实实际脱落条件是受振动过程中的动态结合力影响，在果实运动过程中很难通过附加力传感器的方式直接测得果实的动态果柄结合力。对于果实在振动采收过程中所受动态结合力的研究还存在空缺，为了更加细致深入的解释振动落果的原理，需要对果实运动的动态结合力进行研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于高速摄影双目视觉技术的果柄动态结合力获取方法。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于高速摄影双目视觉技术的果柄动态结合力获取方法，其特征在于：该获取方法步骤如下：

A、在果实表面标记三个特征点C₁、C₂、C₃，以果实和果柄的结合处为原点标记为O₁并建立绝对坐标系，绝对坐标系中各坐标轴的单位向量分别为：X＝(1,0,0)^T、Y＝(0,1,0)^T、Z＝(0,0,1)^T；

B、采用两台高速摄像仪对果实表面的三个特征点和原点进行静态拍摄，通过Phantom软件对拍摄的图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的各特征点以及原点进行处理，导出特征点C₁、C₂、C₃和原点O₁的空间绝对坐标，建立原点O₁与各特征点的固有关系；

C、采用两台高速摄像仪拍摄果实动态运动，通过Phantom软件对拍摄的视频中每帧图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的各特征点进行处理，获取果实表面各特征点的绝对坐标，通过逆旋转变换计算每帧图像对应各时刻下原点O₁的绝对坐标；

D、根据各时刻下原点O₁的绝对坐标分别计算求得t时刻下果实沿X轴的瞬时加速度a_x(t)、沿Y轴的瞬时加速度a_y(t)、沿Z轴的瞬时加速度a_z(t)，由于t时刻下的果实加速度a_(t)在绝对坐标系下三个方向的投影分别为a_x(t)、a_y(t)、a_z(t)，则求得t时刻下的果实惯性力F_惯性力为：

式(17)中，m表示果实的质量；