CN112556606A - 基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，包括支撑机构、主控系统、行走机构、双目识别机构和视觉测量机构，所述支撑机构的两侧分别配装行走机构，所述主控系统配装在支撑机构的上部，所述双目识别机构配装在支撑机构的前端，且所述双目识别机构、行走机构和视觉测量机构分别与主控系统连接；所述视觉测量机构配装在支撑机构的上部，且位于主控系统的后端，通过该装置可完成自动识别，可随时根据现场作业要求，使拍照设备进行角度调节。还提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的测量方法，可获得枸杞果实的面积及长度和宽度值，测量更加精确，对枸杞果实种植具有保障性作用。

Description

基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法及装置
技术领域：
本发明涉及枸杞果实测量设备领域，特别涉及一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法及装置。
背景技术：
日常的生活中，相信大家对枸杞都是不陌生的，人们可以在煲汤的时候或者是做菜的时候都可以选择使用枸杞，枸杞子含有丰富的枸杞多糖、β-胡萝卜素、维生素E、硒及黄酮类等抗氧化物质，有较好的抗氧化作用。枸杞子可对抗自由基过氧化，减轻自由基过氧化损伤，从而有助于延缓衰老，延长寿命；枸杞多糖对实验性肝损伤有保护作用，可降低血清谷丙转氨酶，促进肝损伤的修复。实验结果表明，枸杞子能抑制脂肪在肝细胞内沉积，并促进肝细胞新生，提高机体免疫功能，增强机体适应调节能力食用枸杞子可以扶正固本和扶正怯邪，不但增强机体功能，促进健康恢复，而且能提高机体的抗病能力，抵御病邪的侵害。增强机体对各种有害刺激的适应能力，枸杞片中含有的微量元素锗有明显抑制癌细胞的作用，可使癌细胞完全破裂，抑制率达100％，但是，目前枸杞种植过程中缺少监测，不能实时了解枸杞生长状况，尤其是枸杞生长的各个阶段，果实大小可表征生长状况，根据生长各阶段果实大小，因地制宜，对枸杞种植具有指导性价值。
发明内容：
有鉴于此，有必要提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法及装置，主要通过无损方式测量枸杞果实的面积、长度和宽度，以此来确定枸杞果实生长状况，在枸杞生长周期内起到了保障性作用。
基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，包括支撑机构、主控系统、行走机构、双目识别机构和视觉测量机构，所述支撑机构的两侧分别配装行走机构，所述主控系统配装在支撑机构的上部，所述双目识别机构配装在支撑机构的前端，且所述双目识别机构、行走机构和视觉测量机构分别与主控系统连接；所述视觉测量机构配装在支撑机构的上部，且位于主控系统的后端。
优选的，所述支撑机构包括支撑板、防护罩壳、蓄电池、液压油箱、液压马达和连接座，所述支撑板的底部固定配装防护罩壳，所述防护罩壳内部配装蓄电池和液压油箱，所述液压油箱内部配装液压马达，所述液压马达分别与主控系统和视觉测量机构连接，所述连接座固定配装在支撑板的上部后端。
优选的，所述主控系统包括控制箱壳、检修门、识别转化器、中央控制器和信号接收器，所述控制箱壳固定配装在支撑板上，所述控制箱壳的一侧配装检修门，所述控制箱壳内部固定配装识别转化器和中央控制器，所述中央控制器与蓄电池连接，且中央控制器分别与行走机构、双目识别机构和视觉测量机构连接，所述信号接收器固定配装在控制箱壳的上部，且与中央控制器连接。
优选的，所述行走机构包括驱动电机、变速器、连接耳板、驱动轮、副驱动轮、张紧轮和履带，所述驱动电机和变速器分别固定配装在支撑板上，且驱动电机与中央控制器连接，所述驱动电机与变速器连接；所述连接耳座固定在支撑板的两侧，所述连接耳座上部两侧分别配装驱动轮和副驱动轮，所述两个驱动轮分别与变速器连接，所述张紧轮配装在连接耳座的外侧，且位于驱动轮和副驱动轮之间，所述履带配装在驱动轮、副驱动轮和张紧轮上。
优选的，所述双目识别机构包括弧形板、摄像探头和软管，所述弧形板固定在支撑板上部前端，所述弧形板上配装摄像探头，所述摄像探头的后端通过软管与识别转化器和蓄电池连接，所述识别转化器与中央控制器连接。
优选的，所述视觉测量机构包括筒座、旋转电机、旋转圆盘、连接臂、调节臂、油缸、挡板、伸缩臂、夹具和拍照设备，所述筒座固定在连接座上，所述筒座内部配装旋转电机，所述旋转电机的一端与旋转圆盘配装，所述连接臂的一端与旋转圆盘连接，所述连接臂的另一端配装调节臂，所述调节臂的另一端固定配装挡板，所述挡板的底部配装伸缩臂，所述油缸的一端与连接臂配装，另一端与调节臂连接，且油缸通过过管道与液压马达连接，所述伸缩臂的底部固定配装夹具，所述夹具上配装拍照设备，所述拍照设备与信号接收器无线连接。
本发明还提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法，包括以下步骤：
S1：图像获取，将基于双目视觉的自走式枸杞果实测量运输至作业现场，通过计算机将程序输送至中央控制器，中央控制器控制驱动电机、摄像探头和旋转电机工作，并在行走过程中通过拍照设备进行拍照；
S2：图像预处理，将S1得到的图像通过拍照设备发生至信号接收器，信号接收器将图像信息传递给中央控制器，并在中央控制器内部设定参照物的摄像值和参照物的实际面积值；中央控制器通过内部的图像处理系统对图像先进行识别，排除绿色叶片的影响，保留红色果实图像，并将枸杞果实图像进行预处理；
S3：图像处理，将预处理得到图片通过中央控制器将格式调整为灰度图像，并将灰度图像依次进行图像增强；
S4：图像标记，将S3处理得到的图像传递给计算机，并通过计算机的MATLAB图像处理分析软件得到枸杞果实的像素值，并将待枸杞果实的像素值、参照物的像素值和参照物的实际面积分别标记为P0、P1和S1；
S5：面积计算，将计算公式S0＝S1/P1XP0输入至计算机中，并将P0、P1和S1分别输送至计算机，然后计算得出枸杞果实的面积S0，通过软件分析得到枸杞果实的长度和宽度，并将长度和宽度值输送至计算机的显示器。
优选的，步骤S2中去除阴影面积时采用Photoshop2.0处理，且去除后的图像像素为1620-1920W；
优选的，步骤S4中将步骤S3处理得到的图像传递给计算机时，需采用滤波器对图像进行滤波处理，去除非线性值滤波，减少干扰因素的同时不会让图像的边缘模糊。
本发明提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法及装置，通过该设备可完成自动识别，可随时根据现场作业要求，使拍照设备进行角度调节，且利用该装置的测量方法，可获得枸杞果实的面积及长度和宽度值，测量更加精确。
附图说明：
图1为基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的三维结构示意图；
图2为基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的侧视结构示意图；
图3为基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的后视结构示意图；
图4为基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的俯视结构示意图；
图5为图4中沿B-B线的剖视结构示意图；
图中：支撑机构1、主控系统2、行走机构3、双目识别机构4、视觉测量机构5、支撑板10、防护罩壳11、蓄电池12、液压油箱13、液压马达14、连接座15、控制箱壳20、检修门21、识别转化器22、中央控制器23、信号接收器24、驱动电机30、变速器31、连接耳板32、驱动轮33、副驱动轮34、张紧轮35、履带36、弧形板40、摄像探头41、软管42、筒座50、旋转电机51、旋转圆盘52、连接臂53、调节臂54、油缸55、挡板56、伸缩臂57、夹具58和拍照设备59。
具体实施方式：
下面将结合本发明附图说明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
参照图1-图5，基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，包括支撑机构1、主控系统2、行走机构3、双目识别机构4和视觉测量机构5，所述支撑机构1的两侧分别配装行走机构3，所述主控系统2配装在支撑机构1的上部，所述双目识别机构4配装在支撑机构1的前端，且所述双目识别机构4、行走机构3和视觉测量机构5分别与主控系统2连接；所述视觉测量机构5配装在支撑机构1的上部，且位于主控系统2的后端。
所述支撑机构1包括支撑板10、防护罩壳11、蓄电池12、液压油箱13、液压马达14和连接座15，所述支撑板10的底部固定配装防护罩壳11，所述防护罩壳11内部配装蓄电池12和液压油箱13，所述液压油箱13内部配装液压马达14，所述液压马达14分别与主控系统2和视觉测量机构5连接，所述连接座15固定配装在支撑板10的上部后端。
所述主控系统2包括控制箱壳20、检修门21、识别转化器22、中央控制器23和信号接收器24，所述控制箱壳20固定配装在支撑板10上，所述控制箱壳20的一侧配装检修门21，所述控制箱壳20内部固定配装识别转化器22和中央控制器23，所述中央控制器23与蓄电池12连接，且中央控制器23分别与行走机构3、双目识别机构4和视觉测量机构5连接，所述信号接收器24固定配装在控制箱壳20的上部，且与中央控制器23连接，所述液压马达14与中央控制器23连接。
所述行走机构3包括驱动电机30、变速器31、连接耳板32、驱动轮33、副驱动轮34、张紧轮35和履带36，所述驱动电机30和变速器31分别固定配装在支撑板10上，且驱动电机30与中央控制器23连接，所述驱动电机30与变速器31连接；所述连接耳座32固定在支撑板10的两侧，所述连接耳座32上部两侧分别配装驱动轮33和副驱动轮34，所述两个驱动轮33分别与变速器31连接，所述张紧轮35配装在连接耳座32的外侧，且位于驱动轮33和副驱动轮34之间，所述履带36配装在驱动轮33、副驱动轮34和张紧轮35上。
所述双目识别机构4包括弧形板40、摄像探头41和软管42，所述弧形板40固定在支撑板10上部前端，所述弧形板40上配装摄像探头41，所述摄像探头41的后端通过软管与识别转化器22和蓄电池12连接，所述识别转化器22与中央控制器23连接。
所述视觉测量机构5包括筒座50、旋转电机51、旋转圆盘52、连接臂53、调节臂54、油缸55、挡板56、伸缩臂57、夹具58和拍照设备59，所述筒座50固定在连接座15上，所述筒座50内部配装旋转电机51，所述旋转电机51的一端与旋转圆盘52配装，所述旋转电机51与中央控制器23连接，所述连接臂53的一端与旋转圆盘52连接，所述连接臂53的另一端配装调节臂54，所述调节臂54的另一端固定配装挡板56，所述挡板56的底部配装伸缩臂57，所述油缸55的一端与连接臂53配装，另一端与调节臂54连接，且油缸55通过过管道与液压马达14连接，所述伸缩臂57的底部固定配装夹具58，所述夹具58上配装拍照设备59，所述拍照设备59与信号接收器24无线连接。
本发明还提供一种基于双目视觉的自走式枸杞果实测量方法，包括以下步骤：
S1：图像获取，将基于双目视觉的自走式枸杞果实测量运输至作业现场，通过计算机将程序输送至中央控制器23，中央控制器23控制驱动电机30、摄像探头41和旋转电机51工作，并在行走过程中通过拍照设备59进行拍照；
S2：图像预处理，将S1得到的图像通过拍照设备59发生至信号接收器24，信号接收器24将图像信息传递给中央控制器23，并在中央控制器23内部设定参照物的摄像值和参照物的实际面积值；中央控制器23通过内部的图像处理系统对图像先进行识别，排除绿色叶片的影响，保留红色果实图像，并将枸杞果实图像进行预处理；
S3：图像处理，将预处理得到图像通过中央控制器23将格式调整为灰度图像，并将灰度图像依次进行图像增强；
S4：图像标记，将S3处理得到的图像传递给计算机，并通过计算机的MATLAB图像处理分析软件得到枸杞果实的像素值，并将待枸杞果实的像素值、参照物的像素值和参照物的实际面积分别标记为T0、T1和S1；
S5：面积计算，将计算公式S0＝S1/T1XT0输入至计算机中，并将T0、T1和S1分别输送至计算机，然后计算得出枸杞果实的面积S0，通过软件分析得到枸杞果实的长度和宽度，并将长度和宽度值输送至计算机的显示器。
步骤S2中去除阴影面积时采用Photoshop2.0处理，且去除后的图像像素为1720W。
步骤S4中将步骤S3处理得到的图像传递给计算机时，需采用滤波器对图像进行滤波处理，去除非线性值滤波，减少干扰因素的同时不会让图像的边缘模糊。
实施例2：
与实施例1的区别在于，S2中去除阴影面积时采用Photoshop2.0处理，且去除后的图像像素为1920W，像素值调整后，误差范围更小，且数据更加精确。
工作原理：拍照设备59拍摄到含有绿色叶片和红色枸杞果实的图像，并将图像通过无线形式发送至信号接收器24，信号接收器24将图像传递给中央控制器23，中央控制器23处理完毕后将信息传递给计算机，通过计算机的MATLAB图像处理分析软件，最终得到枸杞果实的面积及长度、宽度值，同时中央控制器23控制驱动电机30转动，驱动电机30将动力最终传递给驱动轮33，驱动履带36转动；旋转电机51可控制旋转圆盘52转动，以此调节拍照设备59的角度，且调节臂54可在油缸55的作用下进行上下微调，防止无法拍到图像，摄像探头41可将道路信息传递给识别转化器22，识别转化器22将信息传递给中央控制器23，中央控制器23控制驱动电机30转动，通过变速器31控制两侧驱动轮的正反转，完成转弯。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，包括支撑机构(1)、主控系统(2)、行走机构(3)、双目识别机构(4)和视觉测量机构(5)，其特征在于：所述支撑机构(1)的两侧分别配装行走机构(3)，所述主控系统(2)配装在支撑机构(1)的上部，所述双目识别机构(4)配装在支撑机构(1)的前端，且所述双目识别机构(4)、行走机构(3)和视觉测量机构(5)分别与主控系统(2)连接；所述视觉测量机构(5)配装在支撑机构(1)的上部，且位于主控系统(2)的后端。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：所述支撑机构(1)包括支撑板(10)、防护罩壳(11)、蓄电池(12)、液压油箱(13)、液压马达(14)和连接座(15)，所述支撑板(10)的底部固定配装防护罩壳(11)，所述防护罩壳(11)内部配装蓄电池(12)和液压油箱(13)，所述液压油箱(13)内部配装液压马达(14)，所述液压马达(14)分别与主控系统(2)和视觉测量机构(5)连接，所述连接座(15)固定配装在支撑板(10)的上部后端。
3.根据权利要求2所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：所述主控系统(2)包括控制箱壳(20)、检修门(21)、识别转化器(22)、中央控制器(23)和信号接收器(24)，所述控制箱壳(20)固定配装在支撑板(10)上，所述控制箱壳(20)的一侧配装检修门(21)，所述控制箱壳(20)内部固定配装识别转化器(22)和中央控制器(23)，所述中央控制器(23)与蓄电池(12)连接，且中央控制器(23)分别与行走机构(3)、双目识别机构(4)和视觉测量机构(5)连接，所述信号接收器(24)固定配装在控制箱壳(20)的上部，且与中央控制器(23)连接，所述液压马达(14)与中央控制器(23)连接。
4.根据权利要求3所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：所述行走机构(3)包括驱动电机(30)、变速器(31)、连接耳板(32)、驱动轮(33)、副驱动轮(34)、张紧轮(35)和履带(36)，所述驱动电机(30)和变速器(31)分别固定配装在支撑板(10)上，且驱动电机(30)与中央控制器(23)连接，所述驱动电机(30)与变速器(31)连接；所述连接耳座(32)固定在支撑板(10)的两侧，所述连接耳座(32)上部两侧分别配装驱动轮(33)和副驱动轮(34)，所述两个驱动轮(33)分别与变速器(31)连接，所述张紧轮(35)配装在连接耳座(32)的外侧，且位于驱动轮(33)和副驱动轮(34)之间，所述履带(36)配装在驱动轮(33)、副驱动轮(34)和张紧轮(35)上。
5.根据权利要求3所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：所述双目识别机构(4)包括弧形板(40)、摄像探头(41)和软管(42)，所述弧形板(40)固定在支撑板(10)上部前端，所述弧形板(40)上配装摄像探头(41)，所述摄像探头(41)的后端通过软管(42)与识别转化器(22)和蓄电池(12)连接，所述识别转化器(22)与中央控制器(23)连接。
6.根据权利要求5所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：所述视觉测量机构(5)包括筒座(50)、旋转电机(51)、旋转圆盘(52)、连接臂(53)、调节臂(54)、油缸(55)、挡板(56)、伸缩臂(57)、夹具(58)和拍照设备(59)，所述筒座(50)固定在连接座(15)上，所述筒座(50)内部配装旋转电机(51)，所述旋转电机(51)的一端与旋转圆盘(52)配装，所述旋转电机(51)与中央控制器(23)连接，所述连接臂(53)的一端与旋转圆盘(52)连接，所述连接臂(53)的另一端配装调节臂(54)，所述调节臂(54)的另一端固定配装挡板(56)，所述挡板(56)的底部配装伸缩臂(57)，所述油缸(55)的一端与连接臂(53)配装，另一端与调节臂(54)连接，且油缸(55)通过过管道与液压马达(14)连接，所述伸缩臂(57)的底部固定配装夹具(58)，所述夹具(58)上配装拍照设备(59)，所述拍照设备(59)与信号接收器(24)无线连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：图像获取，将基于双目视觉的自走式枸杞果实测量运输至作业现场，通过计算机将程序输送至中央控制器(23)，中央控制器(23)控制驱动电机(30)、摄像探头(41)和旋转电机(51)工作，并在行走过程中通过拍照设备(59)进行拍照；
S2：图像预处理，将S1得到的图像通过拍照设备(59)发生至信号接收器(24)，信号接收器(24)将图像信息传递给中央控制器(23)，并在中央控制器(23)内部设定参照物的摄像值和参照物的实际面积值；中央控制器(23)通过内部的图像处理系统对图像先进行识别，排除绿色叶片的影响，保留红色果实图像，并将枸杞果实图像进行预处理；
S3：图像处理，将预处理得到图像通过中央控制器(23)将格式调整为灰度图像，并将灰度图像依次进行图像增强；
S4：图像标记，将S3处理得到的图像传递给计算机，并通过计算机的MATLAB图像处理分析软件得到枸杞果实的像素值，并将待枸杞果实的像素值、参照物的像素值和参照物的实际面积分别标记为T0、T1和S1；
S5：面积计算，将计算公式S0＝S1/T1XT0输入至计算机中，并将T0、T1和S1分别输送至计算机，然后计算得出枸杞果实的面积S0，通过软件分析得到枸杞果实的长度和宽度，并将长度和宽度值输送至计算机的显示器。
8.根据权利要求7所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：步骤S2中去除阴影面积时采用Photoshop2.0处理，且去除后的图像像素为1620-1920W。
9.根据权利要求7所述的基于双目视觉的自走式枸杞果实测量装置，其特征在于：步骤S4中将步骤S3处理得到的图像传递给计算机时，需采用滤波器对图像进行滤波处理，去除非线性值滤波，减少干扰因素的同时不会让图像的边缘模糊。
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