一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法，該方法包括下列步驟：1)提供一種位于待采摘石榴樹的前方的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)包括CMOS視覺(jué)傳感器、圖像預(yù)處理器、果實(shí)信息檢測(cè)器和AT89C51單片機(jī)，所述CMOS視覺(jué)傳感器用于對(duì)待采摘石榴樹拍攝以獲得石榴樹圖像，所述圖像預(yù)處理器用于去除所述石榴樹圖像中的霧霾成分以獲得預(yù)處理圖像，所述果實(shí)信息檢測(cè)器用于對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行圖像處理，以確定所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置，所述AT89C51單片機(jī)與所述果實(shí)信息檢測(cè)器連接，基于所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘策略；2)運(yùn)行所述平臺(tái)。
【專利說(shuō)明】一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法
[0001 ] 本發(fā)明是申請(qǐng)?zhí)枮?01510164663.1、申請(qǐng)日為2015年4月8日、發(fā)明名稱為“一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法”的專利的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電子采摘領(lǐng)域，尤其涉及一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法。
【背景技術(shù)】
[0003]石榴樹，原產(chǎn)西域的一種果樹，是市民喜愛的水果之一，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，石榴樹也是人們種植觀賞的樹木之一。樹高2?4米，粗度10?30公分。石榴樹姿優(yōu)美，花期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，每年五、六月間繁花怒放，燦若云霞，花紅似火，分外鮮艷，可謂集食用與觀賞于一體，加之石榴適應(yīng)性廣，抗病力強(qiáng)，栽培易，因而，石榴樹的種植面積比較寬泛。
[0004]隨著農(nóng)林業(yè)種植水平的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石榴樹種植已經(jīng)從原先的分散種植向集中種植發(fā)展，大型甚至超大型的專一類型石榴樹種植園頻繁出現(xiàn)在各地，這使得對(duì)石榴樹的作業(yè)從人工操作轉(zhuǎn)化為機(jī)械操作成為可能。機(jī)械操作在石榴樹種植業(yè)的應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約大量人工成本，而且能夠提高石榴樹種植的效率，從而提高種植園主的經(jīng)濟(jì)收益。
[0005]然而，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)石榴樹種植園的機(jī)械操作主要仍局限于機(jī)械集中噴藥、機(jī)械集中灌溉和機(jī)械集中除草等方面，對(duì)于需要工時(shí)最多的石榴樹采摘，由于采摘的專業(yè)性和果實(shí)在石榴樹上分布的發(fā)散性，仍需要安排很多采摘人員在固定時(shí)間段進(jìn)行采摘，這種人工采摘方式具有采摘耗時(shí)耗力的弊端。現(xiàn)有技術(shù)中也存在一些電子采摘的手段，但由于基于圖像處理技術(shù)，容易受各種霧霾天氣的影響。
[0006]因此，為了克服上述各種弊端，需要一種新的石榴樹電子采摘方案，一方面能夠替代傳統(tǒng)的人工采摘方式，適應(yīng)石榴樹采摘的專業(yè)性和果實(shí)分布發(fā)散性的特點(diǎn)，以機(jī)械方式自適應(yīng)地根據(jù)果實(shí)實(shí)際成熟度和位置實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)果實(shí)的有效采摘；另一方面，能夠克服霧霾天氣對(duì)檢測(cè)圖像的干擾，提高電子采摘的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法，引用定位技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)建造石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的機(jī)電設(shè)備，引用有針對(duì)性的圖像采集和處理技術(shù)，獲取每一顆果實(shí)的成熟度和位置，從而確定每一顆果實(shí)的采摘驅(qū)動(dòng)方案，靈活采摘到每一株石榴樹上的所有成熟果實(shí)，在提高采摘效率的同時(shí)，還根據(jù)大氣衰減模型確定霧霾對(duì)圖像的影響因素，并對(duì)各種霧霾天氣下采集的圖像進(jìn)行去霧霾化處理，拓寬了石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的應(yīng)用范圍。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法，該方法包括下列步驟:I)提供一種位于待采摘石榴樹的前方的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)包括CMOS視覺(jué)傳感器、圖像預(yù)處理器、果實(shí)信息檢測(cè)器和AT89C51單片機(jī)，所述CMOS視覺(jué)傳感器用于對(duì)待采摘石榴樹拍攝以獲得石榴樹圖像，所述圖像預(yù)處理器用于去除所述石榴樹圖像中的霧霾成分以獲得預(yù)處理圖像，所述果實(shí)信息檢測(cè)器用于對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行圖像處理，以確定所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置，所述AT89C51單片機(jī)與所述果實(shí)信息檢測(cè)器連接，基于所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘策略;2)運(yùn)行所述平臺(tái)。
[0009]更具體地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，還包括:供電電源，包括太陽(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開關(guān)與所述太陽(yáng)能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池剩余電量決定是否切換到所述太陽(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開關(guān)連接，以將通過(guò)切換開關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓;采摘執(zhí)行設(shè)備，用于采摘所述待采摘石榴樹上的果實(shí);采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備;實(shí)時(shí)定位設(shè)備，位于所述采摘執(zhí)行設(shè)備上，用于實(shí)時(shí)定位所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置;無(wú)線收發(fā)機(jī)，與遠(yuǎn)端的農(nóng)林管理控制平臺(tái)建立雙向的無(wú)線通信鏈路，用于接收所述農(nóng)林管理控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令，所述控制指令包括每一株石榴樹的當(dāng)前位置，還與所述AT89C51單片機(jī)連接以無(wú)線發(fā)送復(fù)合圖像和石榴樹采摘結(jié)束信號(hào);北斗星定位器，用于實(shí)時(shí)接收北斗星定位衛(wèi)星發(fā)送的所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù);石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述無(wú)線收發(fā)機(jī)和所述北斗星定位器分別連接，包括直流電動(dòng)機(jī)，用于根據(jù)每一株石榴樹的當(dāng)前位置和當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)到達(dá)每一株石榴樹的當(dāng)前位置的前方;存儲(chǔ)設(shè)備，用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)成熟度閾值和預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值，所述預(yù)設(shè)成熟度閾值為一灰度值，還用于預(yù)先存儲(chǔ)石榴樹上限灰度閾值、石榴樹下限灰度閾值、果實(shí)上限灰度閾值和果實(shí)下限灰度閾值，所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值用于將圖像中的石榴樹和背景分離，所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值用于將圖像中的果實(shí)和背景分離，還用于預(yù)先存儲(chǔ)標(biāo)定線上限灰度閾值和標(biāo)定線下限灰度閾值，所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值用于將圖像中的標(biāo)定線和背景分離，標(biāo)定線在被拍攝目標(biāo)上的位置為已知數(shù)據(jù);所述圖像預(yù)處理器還包括:存儲(chǔ)子器件，用于預(yù)先存儲(chǔ)天空上限灰度閾值和天空下限灰度閾值，所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值用于分離出圖像中的天空區(qū)域，還用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)像素值閾值，所述預(yù)設(shè)像素值閾值取值在O到255之間；霧霾濃度檢測(cè)子器件，位于空氣中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)所在位置的霧霾濃度，并根據(jù)霧霾濃度確定霧霾去除強(qiáng)度，所述霧霾去除強(qiáng)度取值在O到I之間；區(qū)域劃分子器件，連接所述CMOS視覺(jué)傳感器以接收所述石榴樹圖像，對(duì)所述石榴樹圖像進(jìn)行灰度化處理以獲得灰度化區(qū)域圖像，還與存儲(chǔ)子器件連接，將所述灰度化區(qū)域圖像中灰度值在所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成灰度化天空子圖案，從所述灰度化區(qū)域圖像分割出所述灰度化天空子圖案以獲得灰度化非天空子圖像，基于所述灰度化非天空子圖像在所述巡邏區(qū)域圖像中的對(duì)應(yīng)位置獲得與所述灰度化非天空子圖像對(duì)應(yīng)的彩色非天空子圖像;黑色通道獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件連接以獲得所述彩色非天空子圖像，針對(duì)所述彩色非天空子圖像中每一個(gè)像素，計(jì)算其R，G，B三顏色通道像素值，在所述彩色非天空子圖像中所有像素的R，G，B三顏色通道像素值中提取一個(gè)數(shù)值最小的顏色通道像素值所在的顏色通道作為黑色通道;整體大氣光值獲取子器件，與所述存儲(chǔ)子器件連接以獲得預(yù)設(shè)像素值閾值，與所述區(qū)域劃分子器件和所述黑色通道獲取子器件分別連接以獲得所述石榴樹圖像和所述黑色通道，將所述石榴樹圖像中黑色通道像素值大于等于預(yù)設(shè)像素值閾值的多個(gè)像素組成待檢驗(yàn)像素集，將所述待檢驗(yàn)像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作為整體大氣光值;大氣散射光值獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件和所述霧霾濃度檢測(cè)子器件分別連接，對(duì)所述石榴樹圖像的每一個(gè)像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標(biāo)像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)對(duì)所述目標(biāo)像素值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素值，將目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素值以獲得目標(biāo)像素差值，使用EPGF對(duì)目標(biāo)像素差值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素差值，將濾波目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素差值以獲得霧霾去除基準(zhǔn)值，將霧霾去除強(qiáng)度乘以霧霾去除基準(zhǔn)值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標(biāo)像素值中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和O中的最大值作為每一個(gè)像素的大氣散射光值;介質(zhì)傳輸率獲取子器件，與所述整體大氣光值獲取子器件和所述大氣散射光值獲取子器件分別連接，將每一個(gè)像素的大氣散射光值除以整體大氣光值以獲得除值，將I減去所述除值以獲得每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率;清晰化圖像獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件、所述整體大氣光值獲取子器件和所述介質(zhì)傳輸率獲取子器件分別連接，將I減去每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得第一差值，將所述第一差值乘以整體大氣光值以獲得乘積值，將所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值減去所述乘積值以獲得第二差值，將所述第二差值除以每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得每一個(gè)像素的清晰化像素值，所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值包括所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應(yīng)地，獲得的每一個(gè)像素的清晰化像素值包括每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值組成預(yù)處理圖像;所述果實(shí)信息檢測(cè)器與所述圖像預(yù)處理器和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，所述果實(shí)信息檢測(cè)器包括:小波濾波子器件，與所述圖像預(yù)處理器連接，對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行基于Harr小波濾波算法的小波濾波，輸出濾波石榴樹圖像；灰度化處理子器件，與所述小波濾波子器件連接，對(duì)所述濾波石榴樹圖像執(zhí)行灰度化處理，獲得灰度化石榴樹圖像;石榴樹識(shí)別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成石榴樹圖案;標(biāo)定線識(shí)別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成標(biāo)定線圖案;果實(shí)識(shí)別子器件，與所述石榴樹識(shí)別子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述石榴樹圖案中灰度值在所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成多個(gè)果實(shí)圖案;果實(shí)信息采集子器件，與所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，測(cè)量多個(gè)果實(shí)圖案分別與所述標(biāo)定線圖案的相對(duì)位置以確定每一顆果實(shí)的實(shí)際位置，針對(duì)每一個(gè)果實(shí)圖案，統(tǒng)計(jì)像素灰度值小于等于所述預(yù)設(shè)成熟度閾值的像素?cái)?shù)量，當(dāng)統(tǒng)計(jì)的像素?cái)?shù)量大于等于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為成熟，當(dāng)所述像素?cái)?shù)量小于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為未成熟;所述AT89C51單片機(jī)與所述采摘執(zhí)行設(shè)備、所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備、所述實(shí)時(shí)定位設(shè)備、所述CMOS視覺(jué)傳感器、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件分別連接，將所述石榴樹圖案、所述標(biāo)定線圖案、所述多個(gè)果實(shí)圖案、每一顆果實(shí)的是否成熟和實(shí)際位置復(fù)合到所述預(yù)處理圖像上以形成復(fù)合圖像，并在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)成熟時(shí)給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，基于對(duì)應(yīng)果實(shí)實(shí)際位置和所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的內(nèi)容，在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)未成熟時(shí)不給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備到達(dá)對(duì)應(yīng)果實(shí)的實(shí)際位置以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘;其中，所述AT89C51單片機(jī)按預(yù)設(shè)順序發(fā)送多個(gè)果實(shí)圖案分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并在發(fā)送完畢所有對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，發(fā)出石榴樹采摘結(jié)束信號(hào)。
[0010]更具體地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件分別采用不同的FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0011]更具體地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件被集成到一塊集成電路板上。
[0012]更具體地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件被集成到一塊FPGA芯片中。
[0013]更具體地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，所述石榴樹圖像和所述預(yù)處理圖像的分辨率都為3840 X 2160。
【附圖說(shuō)明】
[0014]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的果實(shí)信息檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]石榴原產(chǎn)于伊朗、阿富汗等小亞西亞國(guó)家。今天在伊朗、阿富汗和阿塞拜疆以及格魯吉亞共和國(guó)的海拔300-1000米的山上，尚有大片的野生石榴林。
[0019]石榴是人類引種栽培最早的果樹和花木之一，在中國(guó)、印度及亞洲、非洲、歐洲沿地中海各地，均作為果樹栽培，而以非洲尤多。美國(guó)主要分布在加利福尼亞州。歐洲西南部伊比利亞半島上的西班牙把石榴作為國(guó)花，在50萬(wàn)平方公里國(guó)土上，不論是高原山地、市鎮(zhèn)鄉(xiāng)村的房舍前后，還是海濱城市的公園、花園，石榴花栽種特多。石榴在原產(chǎn)地伊朗及附近地區(qū)分布較廣，選育了不少優(yōu)異品種。石榴因其花果美麗，栽培容易，深受人們喜愛。
[0020]當(dāng)前石榴樹生產(chǎn)的趨勢(shì)越來(lái)越集中化，每一個(gè)種植園只種植幾種甚至一種類型的石榴樹，石榴樹的數(shù)量巨大。這樣特點(diǎn)的種植方式，在使用機(jī)械作業(yè)的情況下，能提高種植的效率和效益。然而，由于果實(shí)采摘的專業(yè)性和果實(shí)生長(zhǎng)的分散性，完全替代人工采摘的電子采摘方案實(shí)施比較困難。即使存在一些電子采摘方案，也由于采用的是基于圖像處理的手段，無(wú)法避免各種霧霾天氣對(duì)圖像的干擾，導(dǎo)致電子采摘的應(yīng)用條件比較苛刻。
[0021]本發(fā)明搭建了一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，采用完全電子化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)固定類型的石榴樹的采摘，除了采摘石榴樹的更換采用遠(yuǎn)程人工控制以外，整個(gè)采摘過(guò)程不需要其他人工操作參與，同時(shí)，采用圖像預(yù)處理設(shè)備消除了檢測(cè)圖像中的霧霾成分，使得本發(fā)明的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)能適用于各種霧霾天氣。
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的結(jié)構(gòu)方框圖，所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)位于待采摘石榴樹的前方，包括:CM0S視覺(jué)傳感器1、圖像預(yù)處理器2、果實(shí)信息檢測(cè)器3和AT89C51單片機(jī)4，所述CMOS視覺(jué)傳感器I用于對(duì)待采摘石榴樹拍攝以獲得石榴樹圖像，所述圖像預(yù)處理器2用于去除所述石榴樹圖像中的霧霾成分以獲得預(yù)處理圖像，所述果實(shí)信息檢測(cè)器3用于對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行圖像處理，以確定所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置，所述AT89C51單片機(jī)4與所述果實(shí)信息檢測(cè)器3連接，基于所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘策略。
[0023]接著，繼續(xù)對(duì)本發(fā)明的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0024]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:供電電源，包括太陽(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開關(guān)與所述太陽(yáng)能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池剩余電量決定是否切換到所述太陽(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開關(guān)連接，以將通過(guò)切換開關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓。
[0025]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:采摘執(zhí)行設(shè)備，用于采摘所述待采摘石榴樹上的果實(shí);采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備;實(shí)時(shí)定位設(shè)備，位于所述采摘執(zhí)行設(shè)備上，用于實(shí)時(shí)定位所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置。
[0026]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:無(wú)線收發(fā)機(jī)，與遠(yuǎn)端的農(nóng)林管理控制平臺(tái)建立雙向的無(wú)線通信鏈路，用于接收所述農(nóng)林管理控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令，所述控制指令包括每一株石榴樹的當(dāng)前位置，還與所述AT89C51單片機(jī)4連接以無(wú)線發(fā)送復(fù)合圖像和石榴樹采摘結(jié)束信號(hào)。
[0027]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:北斗星定位器，用于實(shí)時(shí)接收北斗星定位衛(wèi)星發(fā)送的所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)。
[0028]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述無(wú)線收發(fā)機(jī)和所述北斗星定位器分別連接，包括直流電動(dòng)機(jī)，用于根據(jù)每一株石榴樹的當(dāng)前位置和當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)到達(dá)每一株石榴樹的當(dāng)前位置的前方。
[0029]所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括:存儲(chǔ)設(shè)備，用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)成熟度閾值和預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值，所述預(yù)設(shè)成熟度閾值為一灰度值，還用于預(yù)先存儲(chǔ)石榴樹上限灰度閾值、石榴樹下限灰度閾值、果實(shí)上限灰度閾值和果實(shí)下限灰度閾值，所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值用于將圖像中的石榴樹和背景分離，所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值用于將圖像中的果實(shí)和背景分離，還用于預(yù)先存儲(chǔ)標(biāo)定線上限灰度閾值和標(biāo)定線下限灰度閾值，所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值用于將圖像中的標(biāo)定線和背景分離，標(biāo)定線在被拍攝目標(biāo)上的位置為已知數(shù)據(jù)。
[0030]所述圖像預(yù)處理器2還包括以下部件:
[0031]存儲(chǔ)子器件，用于預(yù)先存儲(chǔ)天空上限灰度閾值和天空下限灰度閾值，所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值用于分離出圖像中的天空區(qū)域，還用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)像素值閾值，所述預(yù)設(shè)像素值閾值取值在O到255之間；
[0032]霧霾濃度檢測(cè)子器件，位于空氣中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)所在位置的霧霾濃度，并根據(jù)霧霾濃度確定霧霾去除強(qiáng)度，所述霧霾去除強(qiáng)度取值在O到I之間；
[0033]區(qū)域劃分子器件，連接所述CMOS視覺(jué)傳感器I以接收所述石榴樹圖像，對(duì)所述石榴樹圖像進(jìn)行灰度化處理以獲得灰度化區(qū)域圖像，還與存儲(chǔ)子器件連接，將所述灰度化區(qū)域圖像中灰度值在所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成灰度化天空子圖案，從所述灰度化區(qū)域圖像分割出所述灰度化天空子圖案以獲得灰度化非天空子圖像，基于所述灰度化非天空子圖像在所述巡邏區(qū)域圖像中的對(duì)應(yīng)位置獲得與所述灰度化非天空子圖像對(duì)應(yīng)的彩色非天空子圖像；
[0034]黑色通道獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件連接以獲得所述彩色非天空子圖像，針對(duì)所述彩色非天空子圖像中每一個(gè)像素，計(jì)算其R，G，B三顏色通道像素值，在所述彩色非天空子圖像中所有像素的R，G，B三顏色通道像素值中提取一個(gè)數(shù)值最小的顏色通道像素值所在的顏色通道作為黑色通道；
[0035]整體大氣光值獲取子器件，與所述存儲(chǔ)子器件連接以獲得預(yù)設(shè)像素值閾值，與所述區(qū)域劃分子器件和所述黑色通道獲取子器件分別連接以獲得所述石榴樹圖像和所述黑色通道，將所述石榴樹圖像中黑色通道像素值大于等于預(yù)設(shè)像素值閾值的多個(gè)像素組成待檢驗(yàn)像素集，將所述待檢驗(yàn)像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作為整體大氣光值；
[0036]大氣散射光值獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件和所述霧霾濃度檢測(cè)子器件分別連接，對(duì)所述石榴樹圖像的每一個(gè)像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標(biāo)像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)對(duì)所述目標(biāo)像素值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素值，將目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素值以獲得目標(biāo)像素差值，使用EPGF對(duì)目標(biāo)像素差值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素差值，將濾波目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素差值以獲得霧霾去除基準(zhǔn)值，將霧霾去除強(qiáng)度乘以霧霾去除基準(zhǔn)值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標(biāo)像素值中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和O中的最大值作為每一個(gè)像素的大氣散射光值；
[0037]介質(zhì)傳輸率獲取子器件，與所述整體大氣光值獲取子器件和所述大氣散射光值獲取子器件分別連接，將每一個(gè)像素的大氣散射光值除以整體大氣光值以獲得除值，將I減去所述除值以獲得每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率；
[0038]清晰化圖像獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件、所述整體大氣光值獲取子器件和所述介質(zhì)傳輸率獲取子器件分別連接，將I減去每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得第一差值，將所述第一差值乘以整體大氣光值以獲得乘積值，將所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值減去所述乘積值以獲得第二差值，將所述第二差值除以每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得每一個(gè)像素的清晰化像素值，所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值包括所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應(yīng)地，獲得的每一個(gè)像素的清晰化像素值包括每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值組成預(yù)處理圖像。
[0039]如圖2所示，所述果實(shí)信息檢測(cè)器3與所述圖像預(yù)處理器2和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，所述果實(shí)信息檢測(cè)器3包括以下部件:
[0040]小波濾波子器件31，與所述圖像預(yù)處理器2連接，對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行基于Harr小波濾波算法的小波濾波，輸出濾波石榴樹圖像；
[0041]灰度化處理子器件32，與所述小波濾波子器件31連接，對(duì)所述濾波石榴樹圖像執(zhí)行灰度化處理，獲得灰度化石榴樹圖像；
[0042]石榴樹識(shí)別子器件33，與所述灰度化處理子器件32和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成石榴樹圖案；
[0043]標(biāo)定線識(shí)別子器件34，與所述灰度化處理子器件32和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成標(biāo)定線圖案；
[0044]果實(shí)識(shí)別子器件35，與所述石榴樹識(shí)別子器件33和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述石榴樹圖案中灰度值在所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成多個(gè)果實(shí)圖案；
[0045]果實(shí)信息采集子器件36，與所述標(biāo)定線識(shí)別子器件34、所述果實(shí)識(shí)別子器件35和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，測(cè)量多個(gè)果實(shí)圖案分別與所述標(biāo)定線圖案的相對(duì)位置以確定每一顆果實(shí)的實(shí)際位置，針對(duì)每一個(gè)果實(shí)圖案，統(tǒng)計(jì)像素灰度值小于等于所述預(yù)設(shè)成熟度閾值的像素?cái)?shù)量，當(dāng)統(tǒng)計(jì)的像素?cái)?shù)量大于等于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為成熟，當(dāng)所述像素?cái)?shù)量小于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為未成熟。
[0046]所述AT89C51單片機(jī)4與所述采摘執(zhí)行設(shè)備、所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備、所述實(shí)時(shí)定位設(shè)備、所述CMOS視覺(jué)傳感器1、所述石榴樹識(shí)別子器件33、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件34、所述果實(shí)識(shí)別子器件35和所述果實(shí)信息采集子器件36分別連接，將所述石榴樹圖案、所述標(biāo)定線圖案、所述多個(gè)果實(shí)圖案、每一顆果實(shí)的是否成熟和實(shí)際位置復(fù)合到所述預(yù)處理圖像上以形成復(fù)合圖像，并在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)成熟時(shí)給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，基于對(duì)應(yīng)果實(shí)實(shí)際位置和所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的內(nèi)容，在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)未成熟時(shí)不給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備到達(dá)對(duì)應(yīng)果實(shí)的實(shí)際位置以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘。
[0047]其中，所述AT89C51單片機(jī)4按預(yù)設(shè)順序發(fā)送多個(gè)果實(shí)圖案分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并在發(fā)送完畢所有對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，發(fā)出石榴樹采摘結(jié)束信號(hào)。
[0048]可選地，在所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)中，所述小波濾波子器件31、所述灰度化處理子器件32、所述石榴樹識(shí)別子器件33、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件34、所述果實(shí)識(shí)別子器件35和所述果實(shí)信息采集子器件36分別采用不同的FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者所述小波濾波子器件31、所述灰度化處理子器件32、所述石榴樹識(shí)別子器件33、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件34、所述果實(shí)識(shí)別子器件35和所述果實(shí)信息采集子器件36被集成到一塊集成電路板上，例如，被集成到一塊FPGA芯片中，以及可選地，所述石榴樹圖像和所述預(yù)處理圖像的分辨率都選為3840X2160。
[0049]另外，霧霾圖像可以通過(guò)一系列圖像處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖像的去霧霾化，以獲得清晰化的圖像，提高圖像的能見度。這些圖像處理設(shè)備分別執(zhí)行不同的圖像處理功能，基于霧霾形成的原理，達(dá)到去除霧霾的效果。霧霾圖像的清晰化處理對(duì)于軍用和民用領(lǐng)域都具有極大的應(yīng)用價(jià)值，軍用領(lǐng)域包括軍事國(guó)防、遙感導(dǎo)航等，民用領(lǐng)域包括道路監(jiān)測(cè)、目標(biāo)跟蹤和自動(dòng)駕駛等。
[0050]霧霾圖像形成的過(guò)程可以用大氣衰減過(guò)程來(lái)描繪，在霧霾圖像和實(shí)際圖像即清晰化圖像之間的關(guān)系可用整體大氣光值和每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率來(lái)表述，即在已知霧霾圖像的情況下，根據(jù)整體大氣光值和每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率，可以求解出清晰化圖像。
[0051]對(duì)于整體大氣光值和每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率的求解都存在一些有效且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的手段，例如，對(duì)于每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率，需要獲得整體大氣光值和每一個(gè)像素的大氣散射光值，而每一個(gè)像素的大氣散射光值可在對(duì)每一個(gè)像素在霧霾圖像中的像素值進(jìn)行兩次保持邊緣的高斯平滑濾波而獲得，其間，霧霾去除的強(qiáng)度可調(diào);而整體大氣光值的獲得方式有兩種，一種方式是，可通過(guò)獲取霧霾圖像的黑色通道(即在霧霾圖像中使得一些像素的黑色通道值非常低，黑色通道為R，G，B三顏色通道中的一種)，在霧霾圖像中，通過(guò)尋找黑色通道像素值偏大的多個(gè)像素中尋找灰度值最大的像素來(lái)獲得，即將尋找到的、灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值，參與霧霾圖像中每一個(gè)像素的清晰化處理;另外，整體大氣光值也可通過(guò)以下方式獲得:計(jì)算霧霾圖像中每一像素的灰度值，將灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值。
[0052]具體的霧霾圖像和實(shí)際圖像即清晰化圖像之間的關(guān)系，以及各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系可參見以上內(nèi)容。
[0053]通過(guò)對(duì)霧霾圖像形成原理的探討，搭建了霧霾圖像和清晰化圖像之間的關(guān)系，用多個(gè)參數(shù)表示這種關(guān)系，隨后通過(guò)獲得的多個(gè)參數(shù)值和霧霾圖像即可還原獲得清晰度較高的圖像，由于參數(shù)的獲得借用了一些統(tǒng)計(jì)手段和經(jīng)驗(yàn)手段，因此所述清晰度較高的圖像不可能完全等同于實(shí)際圖像，但已經(jīng)具有相當(dāng)程度的去霧霾效果，為霧霾天氣下的各個(gè)領(lǐng)域作業(yè)提供有效保障。
[0054]采用本發(fā)明的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，針對(duì)現(xiàn)有以人工采摘模式為主的石榴樹采摘平臺(tái)效率低下、成本較高以及采用電子采摘方式無(wú)法克服霧霾天氣影響的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)引入無(wú)線技術(shù)、定位技術(shù)和電機(jī)技術(shù)為石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)打造可靠的機(jī)電設(shè)施，更關(guān)鍵的是，針對(duì)石榴樹采摘的特點(diǎn)，有針對(duì)性地制定了高精度的圖像處理方案以識(shí)別出同一株石榴樹上的所有石榴樹的成熟度和實(shí)際位置，為石榴樹采摘機(jī)械化打下基礎(chǔ)，提高了石榴樹采摘操作的自動(dòng)化水平，更關(guān)鍵的是，通過(guò)高精度的霧霾成分去除機(jī)制，有效克服了各種霧霾天氣對(duì)電子采摘的不利影響。
[0055]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石榴樹電子化自動(dòng)采摘方法，該方法包括下列步驟: 1)提供一種位于待采摘石榴樹的前方的石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)包括CMOS視覺(jué)傳感器、圖像預(yù)處理器、果實(shí)信息檢測(cè)器和AT89C51單片機(jī)，所述CMOS視覺(jué)傳感器用于對(duì)待采摘石榴樹拍攝以獲得石榴樹圖像，所述圖像預(yù)處理器用于去除所述石榴樹圖像中的霧霾成分以獲得預(yù)處理圖像，所述果實(shí)信息檢測(cè)器用于對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行圖像處理，以確定所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置，所述AT89C51單片機(jī)與所述果實(shí)信息檢測(cè)器連接，基于所述待采摘石榴樹上的每一顆果實(shí)是否成熟以及實(shí)際位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘策略； 2)運(yùn)行所述平臺(tái)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)還包括: 供電電源，包括太陽(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開關(guān)與所述太陽(yáng)能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池剩余電量決定是否切換到所述太陽(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開關(guān)連接，以將通過(guò)切換開關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓； 采摘執(zhí)行設(shè)備，用于采摘所述待采摘石榴樹上的果實(shí)； 采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備； 實(shí)時(shí)定位設(shè)備，位于所述采摘執(zhí)行設(shè)備上，用于實(shí)時(shí)定位所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置； 無(wú)線收發(fā)機(jī)，與遠(yuǎn)端的農(nóng)林管理控制平臺(tái)建立雙向的無(wú)線通信鏈路，用于接收所述農(nóng)林管理控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令，所述控制指令包括每一株石榴樹的當(dāng)前位置，還與所述AT89C51單片機(jī)連接以無(wú)線發(fā)送復(fù)合圖像和石榴樹采摘結(jié)束信號(hào)； 北斗星定位器，用于實(shí)時(shí)接收北斗星定位衛(wèi)星發(fā)送的所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)； 石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述無(wú)線收發(fā)機(jī)和所述北斗星定位器分別連接，包括直流電動(dòng)機(jī)，用于根據(jù)每一株石榴樹的當(dāng)前位置和當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)到達(dá)每一株石榴樹的當(dāng)前位置的前方； 存儲(chǔ)設(shè)備，用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)成熟度閾值和預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值，所述預(yù)設(shè)成熟度閾值為一灰度值，還用于預(yù)先存儲(chǔ)石榴樹上限灰度閾值、石榴樹下限灰度閾值、果實(shí)上限灰度閾值和果實(shí)下限灰度閾值，所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值用于將圖像中的石榴樹和背景分離，所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值用于將圖像中的果實(shí)和背景分離，還用于預(yù)先存儲(chǔ)標(biāo)定線上限灰度閾值和標(biāo)定線下限灰度閾值，所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值用于將圖像中的標(biāo)定線和背景分離，標(biāo)定線在被拍攝目標(biāo)上的位置為已知數(shù)據(jù)； 所述圖像預(yù)處理器還包括: 存儲(chǔ)子器件，用于預(yù)先存儲(chǔ)天空上限灰度閾值和天空下限灰度閾值，所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值用于分離出圖像中的天空區(qū)域，還用于預(yù)先存儲(chǔ)預(yù)設(shè)像素值閾值，所述預(yù)設(shè)像素值閾值取值在O到255之間； 霧霾濃度檢測(cè)子器件，位于空氣中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述石榴樹電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)所在位置的霧霾濃度，并根據(jù)霧霾濃度確定霧霾去除強(qiáng)度，所述霧霾去除強(qiáng)度取值在O到I之間； 區(qū)域劃分子器件，連接所述CMOS視覺(jué)傳感器以接收所述石榴樹圖像，對(duì)所述石榴樹圖像進(jìn)行灰度化處理以獲得灰度化區(qū)域圖像，還與存儲(chǔ)子器件連接，將所述灰度化區(qū)域圖像中灰度值在所述天空上限灰度閾值和所述天空下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成灰度化天空子圖案，從所述灰度化區(qū)域圖像分割出所述灰度化天空子圖案以獲得灰度化非天空子圖像，基于所述灰度化非天空子圖像在所述巡邏區(qū)域圖像中的對(duì)應(yīng)位置獲得與所述灰度化非天空子圖像對(duì)應(yīng)的彩色非天空子圖像； 黑色通道獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件連接以獲得所述彩色非天空子圖像，針對(duì)所述彩色非天空子圖像中每一個(gè)像素，計(jì)算其R，G，B三顏色通道像素值，在所述彩色非天空子圖像中所有像素的R，G，B三顏色通道像素值中提取一個(gè)數(shù)值最小的顏色通道像素值所在的顏色通道作為黑色通道； 整體大氣光值獲取子器件，與所述存儲(chǔ)子器件連接以獲得預(yù)設(shè)像素值閾值，與所述區(qū)域劃分子器件和所述黑色通道獲取子器件分別連接以獲得所述石榴樹圖像和所述黑色通道，將所述石榴樹圖像中黑色通道像素值大于等于預(yù)設(shè)像素值閾值的多個(gè)像素組成待檢驗(yàn)像素集，將所述待檢驗(yàn)像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作為整體大氣光值； 大氣散射光值獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件和所述霧霾濃度檢測(cè)子器件分別連接，對(duì)所述石榴樹圖像的每一個(gè)像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標(biāo)像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF對(duì)所述目標(biāo)像素值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素值，將目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素值以獲得目標(biāo)像素差值，使用EPGF對(duì)目標(biāo)像素差值進(jìn)行濾波處理以獲得濾波目標(biāo)像素差值，將濾波目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素差值以獲得霧霾去除基準(zhǔn)值，將霧霾去除強(qiáng)度乘以霧霾去除基準(zhǔn)值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標(biāo)像素值中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和O中的最大值作為每一個(gè)像素的大氣散射光值； 介質(zhì)傳輸率獲取子器件，與所述整體大氣光值獲取子器件和所述大氣散射光值獲取子器件分別連接，將每一個(gè)像素的大氣散射光值除以整體大氣光值以獲得除值，將I減去所述除值以獲得每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率； 清晰化圖像獲取子器件，與所述區(qū)域劃分子器件、所述整體大氣光值獲取子器件和所述介質(zhì)傳輸率獲取子器件分別連接，將I減去每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得第一差值，將所述第一差值乘以整體大氣光值以獲得乘積值，將所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值減去所述乘積值以獲得第二差值，將所述第二差值除以每一個(gè)像素的介質(zhì)傳輸率以獲得每一個(gè)像素的清晰化像素值，所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的像素值包括所述石榴樹圖像中每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應(yīng)地，獲得的每一個(gè)像素的清晰化像素值包括每一個(gè)像素的R，G，B三顏色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值組成預(yù)處理圖像；所述果實(shí)信息檢測(cè)器與所述圖像預(yù)處理器和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，所述果實(shí)信息檢測(cè)器包括: 小波濾波子器件，與所述圖像預(yù)處理器連接，對(duì)所述預(yù)處理圖像執(zhí)行基于Harr小波濾波算法的小波濾波，輸出濾波石榴樹圖像； 灰度化處理子器件，與所述小波濾波子器件連接，對(duì)所述濾波石榴樹圖像執(zhí)行灰度化處理，獲得灰度化石榴樹圖像； 石榴樹識(shí)別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成石榴樹圖案； 標(biāo)定線識(shí)別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成標(biāo)定線圖案； 果實(shí)識(shí)別子器件，與所述石榴樹識(shí)別子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述石榴樹圖案中灰度值在所述果實(shí)上限灰度閾值和所述果實(shí)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成多個(gè)果實(shí)圖案； 果實(shí)信息采集子器件，與所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，測(cè)量多個(gè)果實(shí)圖案分別與所述標(biāo)定線圖案的相對(duì)位置以確定每一顆果實(shí)的實(shí)際位置，針對(duì)每一個(gè)果實(shí)圖案，統(tǒng)計(jì)像素灰度值小于等于所述預(yù)設(shè)成熟度閾值的像素?cái)?shù)量，當(dāng)統(tǒng)計(jì)的像素?cái)?shù)量大于等于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為成熟，當(dāng)所述像素?cái)?shù)量小于所述預(yù)設(shè)判定數(shù)量閾值時(shí)，確定所述果實(shí)圖案對(duì)應(yīng)的果實(shí)為未成熟； 所述AT89C51單片機(jī)與所述采摘執(zhí)行設(shè)備、所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備、所述實(shí)時(shí)定位設(shè)備、所述CMOS視覺(jué)傳感器、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件分別連接，將所述石榴樹圖案、所述標(biāo)定線圖案、所述多個(gè)果實(shí)圖案、每一顆果實(shí)的是否成熟和實(shí)際位置復(fù)合到所述預(yù)處理圖像上以形成復(fù)合圖像，并在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)成熟時(shí)給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，基于對(duì)應(yīng)果實(shí)實(shí)際位置和所述采摘執(zhí)行設(shè)備的當(dāng)前位置確定對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的內(nèi)容，在確定對(duì)應(yīng)果實(shí)未成熟時(shí)不給出對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制所述采摘驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)所述采摘執(zhí)行設(shè)備到達(dá)對(duì)應(yīng)果實(shí)的實(shí)際位置以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)應(yīng)果實(shí)的采摘； 其中，所述AT89C51單片機(jī)按預(yù)設(shè)順序發(fā)送多個(gè)果實(shí)圖案分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并在發(fā)送完畢所有對(duì)應(yīng)果實(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，發(fā)出石榴樹采摘結(jié)束信號(hào)； 所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識(shí)別子器件、所述標(biāo)定線識(shí)別子器件、所述果實(shí)識(shí)別子器件和所述果實(shí)信息采集子器件分別采用不同的FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)； 所述石榴樹圖像和所述預(yù)處理圖像的分辨率都為3840 X 2160。
【文檔編號(hào)】A01D46/30GK105850376SQ201610319750
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日
【發(fā)明人】孟慶峰
【申請(qǐng)人】孟慶峰