[发明专利]一种基于视觉检测的采茶机割刀控制方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉技术、计算机控制技术和机械制造技术在采茶机割刀控制方面的应用，尤其涉及一种基于视觉检测的采茶机割刀控制方法。

背景技术

根据中商情报提供的数据：2012年，据18个产茶省上报数据汇总，我国茶叶种植面积为3578万亩，同比增加201.3万亩，是名副其实的茶叶种植和生产大国。然而传统的茶叶生产多以家庭为单位，从茶叶的采摘到加工均以手工为主，属于劳动密集型产业。从茶叶采摘角度看，一方面由于人力采摘的成本高，增加了茶叶的生产成本；另一方面由于茶叶的采摘时间短，而人力采摘的效率较低，严重限制了茶叶的产量。因此很多科技人员开始研究自动采茶装置来解决上述问题。

现有的采茶机按采摘方式不同可分为选择性采茶机和非选择性采摘机两类。如公开号为CN 1620848 A的发明专利中公开的自动采茶机，以及公开号为CN 102487667 A的发明专利中公开的一种茶叶摘采机器人，均采用视觉检测技术定位茶叶并用采摘刀爪进行逐个采摘，是两种典型的选择性采摘机，其缺点是生产效率低且对茶园作业条件的要求高，因此此类选择性采摘机未获得大量推广。

另外，公开号为CN 203194156 U的实用新型专利提供了及一种跨行自走乘坐式采茶机，其为非选择性采摘机，包括：采茶机构、用于收集该采茶机构采摘得到的茶叶的茶青收集机构、呈“门”形的机架、连接在该机架底部的橡胶履带式液压底盘、适于沿着所述机架内侧升降的升降架、以及固定在机架上的座椅，其缺点是不能自动调节切割器的高度和角度，对茶园的地形及茶树树冠的平整度要求高。对于乘坐式采茶机，在采摘过程中，由机采驾驶员控制采茶机行驶于茶陇田埂间，使割刀的水平中心位置基本与茶树冠中心对齐，无需多加控制。但是由于茶陇两侧的田地高低不平，及茶树冠高度和嫩芽长势的变化，将严重影响到茶叶采摘质量和采摘效率。

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的缺点，提供一种基于视觉检测的采茶机割刀控制方法，利用计算机视觉检测技术判断割刀相对于茶树冠的位置，并实时输出控制信号来自动调节割刀位置与角度，使之与茶冠面吻合，提高茶叶采摘质量和采摘效率的同时降低采茶机对茶园地形及树冠平整度的要求。

一种基于视觉检测的采茶机割刀控制方法，包括以下步骤：

1)在割刀中部划分两块颜色不同且相邻的标记区域，分别为标记区域S₁和标记区域S₂；

2)对割刀进行成像，使得所拍摄到的图像中包含有标记区域S₁和标记区域S₂；

3)取一帧图像进行颜色空间转换，得到转换后的色调分量图像；

4)在色调分量图像中，对标记区域S₁和标记区域S₂的颜色进行连通域提取；

在标记区域S₁内的连通域中取包含像素数量最多的一个连通域记为连通域R，并将对应的像素数量记为N_R1；

在标记区域S₂内的连通域中取包含像素数量最多的一个连通域记为连通域B，并将对应的像素数量记为N_B1；

并计算得到N_C1＝(N_R1+N_B1)/2；

5)相对步骤2)中割刀所处的初始位置，分别改变割刀高度和绕割刀中心旋转割刀角度，取割刀处于这两个位置状态下的两帧图像，重复步骤3)和步骤4)，分别得到与每帧图像对应的N_R2和N_B2、N_R3和N_B3，并计算得到N_C2＝(N_R2+N_B2)/2；

6)根据公式计算T_height＝|N_C2-N_C1|，T_angle＝|N_R3-N_B3|；其中T_height就是后续判断割刀高度是否需要调整的门限值，T_angle就是后续判断割刀角度是否需要调整的门限值；

7)实时采集割刀工作时的图像，执行步骤3)和步骤4)的操作，得到对应的N_Rn和N_Bn，并计算得到N_Cn＝(N_Rn+N_Bn)/2；