温室钵苗移栽机器人健康苗图像识别技术研究

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工厂化育苗生产中,为满足钵苗对生长空间和养分不断增多的需求,需将其从高密度穴盘移植到低密度穴盘。而在实际生产中受种子发芽率限制、种子个体变异以及苗期管理环境差异,穴盘内除未发芽及漏播的孔穴,还有不健康的幼苗,以致后续机械化批量移栽出现栽空、漏栽等现象。现依靠手工完成区别健康苗与非健康苗,效率低且成本高,难以满足集约化育苗生产的需求。所以,迫切需要在移栽穴盘苗之前对穴盘健康苗进行识别,实现高质量移栽。  然而,现有健康苗识别技术上,单纯的依靠幼苗叶面积、颜色来识别幼苗的生长情况,对健康苗的识别很有局限性,本文改进现有图像识别方法的基础上,开发了多特征采集装置的图像识别系统,应用机器视觉技术识别穴盘幼苗的生长情况,并利用多特征判断穴盘内的健康苗、劣苗、空穴,并对健康苗的根茎位置进行标定。主要研究内容如下:  1.基于壮苗指数研究了辣椒穴盘苗各生物性状与其壮苗指数间的相关关系与灰色关联度;通过实验研究,确定了本文健康苗图像识别研究的重点在于辣椒穴盘幼苗叶片颜色特征、茎粗特征、面积特征的提取,并通过分析满足移栽条件的穴盘苗壮苗指数及其叶面积、茎粗特征参数之间的关系,确定了满足移栽条件的辣椒穴盘苗的面积、茎粗特征的阈值,当辣椒穴盘苗的叶面积特征大于200mm2,茎粗特征大于1mm的穴盘苗为健康苗,可以对其移栽,而叶面积特征小于200mm2,或茎粗特征小于1mm,则不符合移栽要求,从农学角度为健康苗的特征提取提供理论依据。  2.建立了具有多特征采集装置功能的钵苗移栽机试验平台。该实验平台由图像识别系统、输送系统、控制系统和末端执行器组成;建立了用图像识别方法自动获取穴盘苗茎粗特征的多特征图像识别系统,该系统由照明系统、CCD摄像头、计算机及机器视觉软件组成。  3.对采集的辣椒穴盘苗图像进行预处理,比较分析图像对比度增强、图像分割、形态学处理在不同算法下的效果。通过图像预处理,将图像中的辣椒穴盘苗与背景分割,为后续提取辣椒穴盘苗特征参数做好充分准备。  4.对辣椒穴盘苗颜色、叶面积、茎粗特征提取,并在此基础上建立了基于多特征健康苗综合评判方法,并设定了健康苗、空穴、劣苗的各特征量阈值范围,为识别穴盘内的健康苗、空穴、劣苗建立了标准。通过对比中心法、质心定位法与手工法标记健康苗的根茎位置坐标的准确程度,选择平均误差和方差均较小的质心定位法作为标记穴盘苗健康苗的根茎坐标的方法。  5.对穴盘内的空穴、劣苗、健康苗进行逐一识别,实验验证,苗期为第10天时,72孔辣椒穴盘苗幼苗识别准确率为98.19%,随着苗期的增长,健康苗识别率降低,第16天时,健康苗识别率为96.11%。
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