[发明专利]基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法

摘要

本发明公开一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法，该系统包括摄像头、主控系统、运动系统、气囊式机械手以及气泵。本发明解决了蘑菇人工采摘效率低、分类的质量不均以及现有采摘末端执行器易损伤蘑菇、变形适应能力差等问题，能够对复杂背景、具有严重粘连的蘑菇苗床图像进行处理，并通过气囊式机械手解决了采摘造成的蘑菇损伤问题。本发明为蘑菇工业化、自动化生产提供一种新方法，使蘑菇的生产从苗床管理到收获分类实现全部自动化，降低了生产成本，提高了分类质量。

主权项

1.一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统，其特征在于，包括摄像头、主控系统、运动系统、气囊式机械手以及气泵；所述摄像头与主控系统连接，用于在所述主控系统控制下，获得苗床上蘑菇的观测图像R，并将所述观测图像R传输至所述主控系统；所述主控系统与运动系统连接，用于对收到的所述观测图像R进行实时显示，并采用基于Harris角点的背景滤除算法以及基于图像清晰度属性的分水岭分割算法对观测图像R进行处理，获得摄像头当前视野内蘑菇的个数、各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)及其大小，根据所述各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)确定气囊式机械手的运动轨迹Tr；所述运动系统与气囊式机械手连接，用于根据所述气囊式机械手的运动轨迹Tr，将气囊式机械手移动至蘑菇采摘位置采摘蘑菇，并将蘑菇放置于相应包装盒中，然后控制气囊式机械手运动至下一个蘑菇采摘位置进行蘑菇采摘，直至摄像头当前视野内的蘑菇采摘完毕；所述气泵与气囊式机械手连接，用于当气囊式机械手移动至蘑菇采摘位置时，在主控系统控制下给气囊式机械手充气，使气囊式机械手将蘑菇抓取，所述采用基于Harris角点的背景滤除算法以及基于图像清晰度属性的分水岭分割算法对观测图像R进行处理，获得摄像头当前视野内蘑菇的个数、各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)及其大小的过程如下：计算所述观测图像R的Harris角点，根据角点密集度对图像进行背景滤除，获得只包含粘连蘑菇的二值图B；使用Sobel滤波器对观测图像R进行水平和垂直方向处理，计算其L1范式，得到观测图像R的梯度图像G，通过对梯度图像G做Top Hat变换即梯度图像G减去G的形态学开运算图像得到图像TopHat，对梯度图像G做Black Hat变换即梯度图像G的形态学闭运算图像减去梯度图像G得到图像BlackHat，取图像TopHat与图像BlackHat的极大值得到图像MAX，从而获得图清晰度属性，对图像MAX进行阈值化、若干次腐蚀操作得到用于分水岭计算的标记图像Marker，对梯度图像G运用基于标记的分水岭算法处理并对得到的结果分水岭上的像素置0，剩余像素置255,得到边界图像W；对获得的所述二值图B和所述边界图像W执行与操作得到相互分开的蘑菇图像，最后利用最小二乘法对各个蘑菇区域进行椭圆拟合，得到摄像头当前视野内蘑菇的个数、各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)及其半径值即大小。