石榴樹(shù)電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子采摘領(lǐng)域，尤其涉及一種石榴樹(shù)電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]石榴樹(shù)，原產(chǎn)西域的一種果樹(shù)，是市民喜愛(ài)的水果之一，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，石榴樹(shù)也是人們種植觀賞的樹(shù)木之一。樹(shù)高2?4米，粗度10?30公分。石榴樹(shù)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(shù)的種植面積比較寬泛。
[0003]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(shù)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(zhuān)一類(lèi)型石榴樹(shù)種植園頻繁出現(xiàn)在各地，這使得對(duì)石榴樹(shù)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(shù)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(shù)種植的效率，從而提高種植園主的經(jīng)濟(jì)收益。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)石榴樹(shù)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(shù)采摘，由于采摘的專(zhuān)業(yè)性和果實(shí)在石榴樹(shù)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?，F(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。
[0005]因此，為了克服上述各種弊端，需要一種新的石榴樹(shù)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(shù)采摘的專(zhuān)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】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種石榴樹(shù)電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，引用定位技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)建造采摘平臺(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(shù)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，拓寬了采摘平臺(tái)的應(yīng)用范圍。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種石榴樹(shù)電子化自動(dòng)采摘平臺(tái)，所述采摘平臺(tái)位于待采摘石榴樹(shù)的前方，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(shù)拍攝以獲得石榴樹(shù)圖像，所述圖像預(yù)處理器用于去除所述石榴樹(shù)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(shù)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(shù)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。
[0008]更具體地，在所述石榴樹(shù)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(kāi)關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開(kāi)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(kāi)關(guān)連接，以將通過(guò)切換開(kāi)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)的當(dāng)前位置，還與所述AT89C51單片機(jī)連接以無(wú)線(xiàn)發(fā)送復(fù)合圖像和石榴樹(shù)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)送的所述采摘平臺(tái)的當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)；采摘平臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述無(wú)線(xiàn)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(shù)的當(dāng)前位置和當(dāng)前北斗星數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)所述采摘平臺(tái)到達(dá)每一株石榴樹(shù)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(shù)上限灰度閾值、石榴樹(shù)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(shù)上限灰度閾值和所述石榴樹(shù)下限灰度閾值用于將圖像中的石榴樹(shù)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(xiàn)上限灰度閾值和標(biāo)定線(xiàn)下限灰度閾值，所述標(biāo)定線(xiàn)上限灰度閾值和所述標(biāo)定線(xiàn)下限灰度閾值用于將圖像中的標(biāo)定線(xiàn)和背景分離，標(biāo)定線(xiàn)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(shù)圖像，對(duì)所述石榴樹(shù)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(shù)圖像和所述黑色通道，將所述石榴樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)圖像中每一個(gè)像素的像素值包括所述石榴樹(shù)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(shù)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(shù)圖像執(zhí)行灰度化處理，獲得灰度化石榴樹(shù)圖像；石榴樹(shù)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(shù)圖像中灰度值在所述石榴樹(shù)上限灰度閾值和所述石榴樹(shù)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成石榴樹(shù)圖案；標(biāo)定線(xiàn)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(shù)圖像中灰度值在所述標(biāo)定線(xiàn)上限灰度閾值和所述標(biāo)定線(xiàn)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成標(biāo)定線(xiàn)圖案；果實(shí)識(shí)別子器件，與所述石榴樹(shù)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)