主干和枝干进行图像的处理和识别。 3应用前景 中国是一个发展中的农业大国，农业问题始终是关系到中国经济社会发展的根本问题。农业作为国民经济最重要的基础产业，对经济社会的发展和人民生活起着极为重要的保障作用。20世纪后半叶，我国以仅占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，其中农业科技作出了巨大的贡献。但目前随着人口的不断增长和环境的不断恶化，加上农产品价格低、农业收益差，农业生产环境艰苦，我国的农业发展正面临着严峻的考验。为使农业得到持续稳定的发展，技术替代资源的发展道路将是21世纪农业的必然选择。随着计算机技术和电气技术的发展,智能机器人在社会许多领域得到了广泛的应用。在农业生产中，由于作业对象和环境的复杂性及多样性，研究发展农业机器人是目前农业机械发展的一个重要内容，具有广阔的的市场前景和巨大的经济效益。 我国是世界上水果生产大国，目前水果总产量已超过6000万吨，约占全球产量的14%。中国有多种水果产量居世界领先地位。以柑橘为例，其产量居世界第三位，占世界总产量的10.8%。就栽培面积而言，我国的柑橘栽培面积列世界第一位，占世界总栽培面积的18%。然而就单产而言，世界每公顷平均产量为14.5t，最高的为美国，达到36.9t，而中国目前的单产只有7.7t，约为美国的1/5,世界平均水平的53%，单位面积产量低是我国柑橘竞争能力提升的制约因素之一。另外一个不能忽略的问题是我国柑橘果品质量不高，据乐观估计，优质果率为30%，真正算得上优质的只占5%，50%为大路货，20%为劣质果。所以，在当前经济全球化的今天，要提高我国柑橘竞争能力，必须走优质化生产、产业化运作的路线。因而研究开发具有识别能力、视觉功能、作业柔性化、稳定可靠的智能化水果机器人，提高生产力，保证水果品质，降低生产成本，增加整体效益，必然是新世纪高科技农业发展的方向。 而我们所研究的项目正是为智能化水果机器人所服务的。 在将来，也许所有水果的采摘都需要应用到智能化水果机器人。而相应的，果树收获机器人在果实采摘过程中的快速识别树干，避开树干，从 5
而快速准确到达果实生长位置变得日益重要。采用数字图像处理技术对落叶后的果树树干进行处理、分析，获得其主干及其支干信息，以期将提取的这些信息提供果树采摘机器人收获时使用进行果树树干的二维重构将登上未来历史的舞台。 参考文献： [1] 刘喜昂，周志宇.基于多超声传感器的机器人安全避障技术[J].测控技术，2004，23（2）：71-73. [2] 蔡健荣,基于立体视觉的成熟水果识别定位及机器人路径规划[D],PhD 江苏大学博士学位论文.2005. [3] 曹其新，吕恬生.日本蔬菜和水果拣选机器人的发展状况[J].机械设计与研究，1998，No4：9-11. [4] 梁喜凤，苗香雯，崔绍荣等.番茄收获机器人技术研究进展[J].农机化研究,2003.10 (4):1-4. [5] 孙仁山，李文彬，徐凯宏，基于小波变换的林业图像处理研究，森林工程,2005,21(1):4-6 [6] 向海涛 郑加强 周宏平，基于机器视觉的树木图像实时采集与识别系统，林业科学, 2 0 0 4,40(3):144-148 [7] 程磊，树木图像的分割方法初探，硕士学位论文，北京林业大学，2004 [8] 隋婧，金伟其.双目立体视觉技术的实现及其进展.电子技术应用.2004，10：4-6. [9] 孙仁山，李文彬，徐凯宏，基于小波变换的林业图像处理研究，森林工程,2005,21(1):4-6 [10] 孙仁山 李文彬 田勇臣 华 丽，基于整枝抚育目的的立木枝干自动识别研究，北京林业大学学报,2005,27(4): 86~89. [11] 阚江明，李文彬. 基于数学形态学的树木图像分割方法[J]. 北京林业大学学报.2006,Vol.28(supp2):132～136. [12] 童雀菊 华毓坤，用图像处理法采集原木形状参数的研究，林业科学,1998,34(3): [13] 葛玉峰,周宏平,郑加强等，基于相对色彩因子的树木图像分割算法[J]. 南京林业大学学报(自然科学版).2004.28(4) :19～22. [14] 向海涛 郑加强 周宏平，基于机器视觉的树木图像实时采集与识别系统，林业科学, 2 0 0 4,40(3):144-148 [15] 王雪峰，张 超，唐守正，基于图像理解的树木直径抽取技术[J]. 林业科学.2005,Vol.41(2):17～20.
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三、研究方案 1. 项目研究的目标、内容和拟解决的关键问题 研究目标 采取数字图像处理技术实现果树主干及其支干的图像信息提取，为机器人采摘果实的实时避障提供果树枝干信息。 研究内容 （1）编写能够提取果树枝干信息的程序。首先利用数码摄像机采集果树图像，通过相关处理技术对图像中果树主干及其枝干的图像信息进行提取。初步确定需要经过颜色分割、灰度阈值分割、树枝区域提取、树枝骨架提取、骨架修剪、遮挡树枝恢复等步骤，其中会运用到形态学方法、距离变换法、细线化法，最后集成调试，得到所需程序。 （2）基上以上提取的信息，重新绘制出果树枝干的二维平面图像，为操作者提供友好界面环境。 拟解决的关键问题 （1）如何快速有效地分割出图像的树枝区域。 （2）如何对主干及其支干进行信息描述。 （3）如何基于信息描述实现树干结构的二维重绘。 2. 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法 本项目拟采取数字图像处理相关理论及技术实现果树图像树干的提取与分析。采取计算机图形学的方法实现树干的二维重构。基于Matlab图像处理工具箱进行图像处理算法的初步确定，在VC++环境下实现各种算法的C++程序编制与调试。 技术路线与实验方案 7
数码相机采集图像图像分割，树干区域的提取树干特征的提取树干骨架的提取树干信息描述二维重绘 可行性分析 （1）理论上可行：首先，果树树干及其支干的图像信息提取是农业机器人摘果项目中极其重要的一环，且在国内外已经有相似的研究，前景光明。其次，我组成员经过较为周密的准备，在技术路线上已有充分考虑，实验方案明确，具有极大可能在该项目的实施上取得优秀成绩。 （2）现有设备与知识储备：学校提供了独立实验室为我组成员的研究开辟良好环境，一定数目的资金支持为项目研究做好充足准备，而现成的实验仪器设备（数码摄像机等）减少了额外成本开支。与此同时，指导老师具有相关研究经验。最后，本组成员扎实成熟的程序编程基础为本项目的实施提供了理论上的保障。 综上所述,丰富的理论积累，雄厚的硬件支持，为本项目的顺序实施做足了准备。在我组成员的努力下，该项目必定会取得预期的成果。 3. 本项目的创新之处
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Matlab图像处理工具箱程序设计VC++本项目将设计出一套用于果树树干提取的算法程序。他的创新之处在于：可为果树采摘机器人提供树干分布信息，辅助进行果实采摘定位。 4. 项目研究计划及预期进展 ? 2012年4月-9月 与指导老师交流沟通,确定正确的研究思路，明确自身的缺陷和不足，通过各种途径（参加培训班、自学等）系统学习与本项目相关知识，做到足够的积累，以面对实验过程中所遇到的各种问题和困难。 ? 2012年10月 积极向指导老师请教，确定实验中所需材料和相应仪器设备。与指导老师详细交流,确定正确的实施方案，着手查找各类资料，动手制作相关材料、工具，清理出可随即投入使用的设备器材和实验室。 ? 2012年11月 利用数码相机拍摄去除树叶、果实的果树图像，依据实验方案设定出详细计划和编程步骤。 ? 2012年11月-12月 分工明确。开始着手项目的编程阶段，尝试编写基本程序模块。提交《项目中期检查表》等阶段性研究报告。 ? 2013年3月-4月 编写正确详尽的程序，不断调试，以得到目标所期许的成果。 ? 2013年5月 与指导老师沟通，将研究成果和实际应用结合起来，不断修改调整，细微处略作修饰，以期得到与目标匹配的自主研发软件系统。 ? 2013年9月-10月 准备结题工作，根据实验研究结果，撰写论文。 5. 预期研究成果 1、编制果树树干提取程序一套； 2、撰写项目结题报告，争取发表一篇学术论文。 四、研究基础 1. 与本项目有关的研究工作积累和已有的研究工作成绩 （1）2010年至2011年，我们大部分成员学习了高等数学、线性代数
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SRT计划项目申请书（提交版） - 图文
