[发明专利]一种基于深度相机的褐菇菌盖伞区视觉在线测量方法

说明书

本发明公开了一种基于深度相机的褐菇菌盖伞区视觉在线测量方法，用深度相机采集褐菇菌盖及菌柄的深度图像；以相机至机械臂的距离为阈值对灰度图像进行二值化以去除机械臂及远处的背景，以褐菇菌盖半径为阈值去除二值图中的机械手区域，获取褐菇菌盖及菌柄的二值图；用八邻域跟踪法遍历二值图的边界轮廓点，并计算其质心，对菌盖进行等间距采样，获取若干条半径线，读取半径线上的像素点序列的灰度值，寻找对应菌盖伞区的峰值区间，若找不到峰值区间，则判断褐菇为不开伞的正品，若找到了峰值区间，则判断褐菇为开伞的次品，并计算次品褐菇菌盖伞区的尺寸。本发明方法能够快速识别褐菇菌盖伞区并测量其尺寸，实现褐菇分级，运行时间短，实时性高。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，具体涉及果蔬采摘机器人的图像识别与测量算法，特别是对褐菇菌盖开伞的判断、测量与分级方法。

背景技术

工厂化种植的褐菇营养丰富，是一种药食兼优的美味食用菌，素有“山上的牛肉”之美誉，深受消费者青睐。褐菇属于蘑菇中的高端菇种，其价格昂贵，市场缺口很大。由于褐菇的市场价格与其菌盖是否开伞有关，正品褐菇菌盖不开伞，次品褐菇菌盖开伞程度不一，有必要对采摘的褐菇品级进行分级；采摘过程中，工人爬高就低，昼夜采摘，劳动强度大，人工分级准确率受人眼视觉疲劳影响，亟需研究一种能够替代工人进行褐菇在线采摘、分级的智能蘑菇采摘机器人装备。

工厂化蘑菇种植环境潮湿、光照暗弱不匀，蘑菇架多层菇床夹层空间的长宽高分别为140cm×130cm×40cm，采摘机器人沿着菇架自动滑行、停靠、升降至某层菇床夹层旁，机械臂遍历菇床寻找到褐菇后，机械手抓取褐菇送入框之前，安装在机器人本体上的相机采集褐菇菌盖及菌柄视频流，通过图像处理算法判断褐菇菌盖是否开伞，并测量菌盖开伞程度，据此对褐菇品级进行分级。

褐菇菌盖伞区视觉在线测量与分级算法的难点在于褐菇菌盖伞区形状、颜色、纹理的多样性。刚成熟的褐菇菌盖通常呈半球形，一般不易开伞，属于正品；而未及时采摘的褐菇菌盖逐渐开伞，伞区颜色由浅红逐渐变深褐，伞区形状各异，尺寸越来越大，属于次品；基于彩色图像难以找到稳定的颜色阈值来提取开伞区域，并且小尺寸伞区由于阴影的干扰而纹理模糊，因此，基于颜色、纹理的褐菇菌盖伞区测量与分级方法可行性不足。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明提供了一种基于深度相机的褐菇菌盖伞区视觉在线测量方法。

本发明所采用的技术方案，步骤如下：

步骤1，褐菇图像采集：安装在机械臂末端的机械手抓取蘑菇送入框之前，用深度相机采集褐菇菌盖及菌柄的深度图像，其灰度值代表相机至褐菇菌盖及菌柄表面的距离；

步骤2，褐菇图像背景分割：基于阈值法对上述灰度图像进行二值化处理，以去除机械臂及远处的背景信息，获取机械手抓取褐菇的二值图，进一步地，以褐菇菌盖半径为阈值去除机械手区域，获取褐菇菌盖及菌柄的灰度图像；

步骤3，褐菇菌盖伞区径向寻找：对褐菇菌盖进行等间距采样，获取若干条半径线，读取半径线上的像素点序列的灰度值，寻找对应菌盖伞区的峰值区间，若找不到峰值区间，则判断褐菇为不开伞的正品，若找到了峰值区间，则判断褐菇为开伞的次品；

步骤4，褐菇菌盖伞区测量与分级：根据相机的视场角和图像分辨率，在世界坐标系下计算次品褐菇菌盖伞区的尺寸，进一步对次品褐菇进行分级。

进一步，所述步骤2中对采集到的褐菇图像进行背景分割的过程为：

步骤2.1：以相机至机械臂的距离为阈值，对相机采集的灰度图像进行二值化处理，获取机械手抓取褐菇的二值图；

步骤2.2：用八邻域跟踪法遍历二值图的边界轮廓点并计算其质心，依据各个边界点到质心的距离统计褐菇菌盖的半径，以褐菇菌盖半径为阈值去除二值图中的机械手区域，获取褐菇菌盖及菌柄的灰度图像。

进一步，所述步骤3中对褐菇菌盖伞区径向寻找的过程为：