基于机器视觉技术的棉株识别系统研究

摘要

新疆是我国最大的优质棉生产基地,棉花的总产量、单位面积产量多年连续稳居全国首位。随着国家西部开发力度的加大以及新疆的全面发展,棉花在新疆的战略地位将更加凸显。每年6月末7月初的棉花打顶调控是棉花生产丰收的关键环节,然而现在国产的一些棉花打顶机由于不能对棉株的高度和棉株顶部特征进行实时、精确的识别,驾驶员不能根据棉株的生长态势适时调节棉花打顶的高度,导致打顶过程中出现了漏打、撞铃、撞桃、损坏棉叶等现象。目前新疆棉花打顶主要以人工作业为主。因此,研究、解决棉花打顶机的棉株自动识别问题,通过对棉株的精确识别实现棉花打顶作业“一顶一芯”是解决棉花机械打顶技术的关键难题,也是解决实现棉花全程机械化的主要环节之一。本文提出一种基于机器视觉技术的棉株识别系统,主要采用的技术和开展的工作有:
　　1.采用系统分析方法,研究国内外棉花打顶机、棉株识别、机器视觉技术的研究现状,分析存在的问题以此提出本文的研究内容、研究目标以及技术路线。
　　2.应用机械系统设计理论、机器视觉理论结合棉田、棉株的实际情况,设计静态机器视觉系统和实时机器视觉系统。完成实验平台设备的选型、搭建和调试。
　　3.分析摄像头标定的基本原理,在此基础上利用棋盘格图像,运用Jean-YvesBouguet的摄像机标定工具箱实现摄像头的标定,最终完成左右摄像头投影矩阵的求取。
　　4.根据课题研究目标,依据农时采集棉株株顶以及棉株图像,运用图像处理技术完成棉株株顶及棉株图像的预处理。
　　5.研究棉株株顶图像在不同颜色空间下的分割效果,分割棉株株顶图像,提取棉株株顶图像特征,运用人工神经网络实现棉株株顶的识别。
　　6.利用特征点匹配的方法,实现棉株左右图像立体匹配,运用标定参数实现棉株深度信息的预测,分析误差产生原因,最终建立基于图像的棉株深度信息预测模型。
　　7.采用回归分析的方法,分析棉株图像像素与棉株株高的相关关系,建立棉株株高预测模型。
　　8.采用系统分析方法,分析棉株识别系统的总体结构,选择开发环境和开发平台,运用MATLABR2011AGUI工具箱以及M文件实现棉株识别系统的设计。
　　本文针对棉株机械打顶过程中存在的问题,提出一种基于机器视觉技术的棉株识别方法,搭建了基于机器视觉技术的棉株识别系统,实现了棉株的识别、定位以及棉株高度的测量,这为后续进一步研究奠定了基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及存在的问题

1.3本论文的研究内容及技术路线

1.4本章小结

第2章 机器视觉系统构建

2.1棉株识别机器视觉系统设计要求

2.2总体设计

2.3硬件系统组成

2.4软件系统组成

2.5本章小结

第3章 摄像头标定及棉株图像采集

3.1摄像头标定

3.2棉株株顶图像采集

3.3棉株图像采集

3.4本章小结

第4章 基于颜色特征的棉株株顶识别

4.1颜色空间及颜色特征

4.2棉株株顶颜色特征分布

4.3棉株株顶识别的神经网络模型

4.4棉株株顶识别实验及分析

4.5本章小结

第5章 棉株识别系统设计

5.1棉株空间定位

5.2基于图像的棉株高度测量

5.3棉株识别系统总体结构

5.4运行平台和开发环境选择

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

作 者 简 历