溫室多葉缽苗健康識(shí)別與移栽路徑優(yōu)化研究.pdf

1、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迫切需要智能移栽設(shè)備來代替人工完成幼苗移栽。穴盤內(nèi)幼苗的機(jī)器視覺健康評(píng)估和移栽路徑優(yōu)化是提升移栽機(jī)智能化及效率的關(guān)鍵技術(shù)，目前移栽機(jī)視覺系統(tǒng)和移栽路徑優(yōu)化方法尚不完善，機(jī)器視覺識(shí)別傾斜穴盤內(nèi)幼苗的方法、移栽路徑優(yōu)化效率有待進(jìn)一步研究和提高。因此，開發(fā)一種能實(shí)現(xiàn)傾斜穴盤校正和幼苗健康評(píng)估的算法及移栽路徑優(yōu)化方法對(duì)提升溫室移栽自動(dòng)化設(shè)備工作效率有重要意義。本文基于Canny算子和Hough變換的算法實(shí)現(xiàn)傾斜穴盤的圖像校正，綜合葉片重

2、心、面積、數(shù)量等特征對(duì)幼苗進(jìn)行機(jī)器視覺健康識(shí)別，提高識(shí)別準(zhǔn)確率;并提出一種穴盤步進(jìn)式控制與貪心算法結(jié)合的優(yōu)化移栽策略，提高了移栽效率。取得的主要成果如下:
　　(1)研究穴盤圖像傾斜校正和區(qū)域定位的方法，提取穴盤關(guān)鍵區(qū)域。通過預(yù)處理、灰度轉(zhuǎn)換、邊緣檢測(cè)和Hough變換等完成穴盤的輪廓檢測(cè)，并篩選出輪廓直線，對(duì)比不同參數(shù)的邊緣檢測(cè)效果和直線檢測(cè)效果;根據(jù)輪廓直線計(jì)算出圖像傾角并完成傾斜校正，校正角度偏差在0.85度以內(nèi)。采用投影法進(jìn)

3、行穴盤區(qū)域剪裁，得到穴盤關(guān)鍵區(qū)域圖像。
　　(2)通過綜合葉片重心、面積、數(shù)量等特征對(duì)圖像中的幼苗進(jìn)行健康識(shí)別方法，標(biāo)記苗葉健康狀態(tài)和位置。以生長(zhǎng)2周的一串紅幼苗為研究對(duì)象，采用預(yù)處理、二值化、分水嶺算法等提取幼苗圖像。分割穴盤區(qū)域后，根據(jù)每個(gè)葉片的重心計(jì)算單穴孔內(nèi)的幼苗葉片數(shù)量和面積，判別每一格幼苗的健康狀況。結(jié)果顯示算法對(duì)200孔穴盤傾角1度以內(nèi)的穴盤幼苗識(shí)別的準(zhǔn)確率為99％。利用該方法標(biāo)記的幼苗的健康狀態(tài)信息指導(dǎo)末端執(zhí)行器的

4、移栽過程。
　　(3)采用穴盤步進(jìn)式控制與貪心算法結(jié)合的策略進(jìn)行補(bǔ)苗移栽和稀植移栽路徑規(guī)劃。模擬905個(gè)稀疏穴盤和密集穴盤的樣本，比較步進(jìn)定位貪心策略、遺傳算法、貪心算法和固定次序法規(guī)劃的補(bǔ)苗移栽和稀植移栽路徑。結(jié)果表明，相較于固定次序法，在單穴盤移栽任務(wù)中，步進(jìn)定位貪心策略縮短移栽路徑16.5％以上;步進(jìn)定位貪心策略在多盤復(fù)合移栽中縮短移栽路徑9.8％以上，優(yōu)化效率和遺傳算法相當(dāng)，運(yùn)算時(shí)間遠(yuǎn)低于遺傳算法。在128孔穴盤，目標(biāo)穴盤