件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉換器與所述切換開關連接，以將通過切換開關輸入的5V電壓轉換為3.3V電壓； 采摘執行設備，用于采摘所述待采摘石榴樹上的果實； 采摘驅動設備，用于驅動所述采摘執行設備； 實時定位設備，位于所述采摘執行設備上，用于實時定位所述采摘執行設備的當前位置； 無線收發機，與遠端的農林管理控制平臺建立雙向的無線通信鏈路，用于接收所述農林管理控制平臺發送的控制指令，所述控制指令包括每一株石榴樹的當前位置，還與所述AT89C51單片機連接以無線發送復合圖像和石榴樹采摘結束信號； 北斗星定位器，用于實時接收北斗星定位衛星發送的所述采摘平臺的當前北斗星數據； 采摘平臺驅動設備，與所述無線收發機和所述北斗星定位器分別連接，包括直流電動機，用于根據每一株石榴樹的當前位置和當前北斗星數據，驅動所述采摘平臺到達每一株石榴樹的當前位置的前方； 存儲設備，用于預先存儲預設成熟度閾值和預設判定數量閾值，所述預設成熟度閾值為一灰度值，還用于預先存儲石榴樹上限灰度閾值、石榴樹下限灰度閾值、果實上限灰度閾值和果實下限灰度閾值，所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值用于將圖像中的石榴樹和背景分離，所述果實上限灰度閾值和所述果實下限灰度閾值用于將圖像中的果實和背景分離，還用于預先存儲標定線上限灰度閾值和標定線下限灰度閾值，所述標定線上限灰度閾值和所述標定線下限灰度閾值用于將圖像中的標定線和背景分離，標定線在被拍攝目標上的位置為已知數據； 所述圖像預處理器還包括: 存儲子器件，用于預先存儲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域，還用于預先存儲預設像素值閾值，所述預設像素值閾值取值在O到255之間； 霧霾濃度檢測子器件，位于空氣中，用于實時檢測所述采摘平臺所在位置的霧霾濃度，并根據霧霾濃度確定霧霾去除強度，所述霧霾去除強度取值在O到I之間； 區域劃分子器件，連接所述CMOS視覺傳感器以接收所述石榴樹圖像，對所述石榴樹圖像進行灰度化處理以獲得灰度化區域圖像，還與存儲子器件連接，將所述灰度化區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別并組成灰度化天空子圖案，從所述灰度化區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域圖像中的對應位置獲得與所述灰度化非天空子圖像對應的彩色非天空子圖像； 黑色通道獲取子器件，與所述區域劃分子器件連接以獲得所述彩色非天空子圖像，針對所述彩色非天空子圖像中每一個像素，計算其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數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，與所述存儲子器件連接以獲得預設像素值閾值，與所述區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圖像和所述黑色通道，將所述石榴樹圖像中黑色通道像素值大于等于預設像素值閾值的多個像素組成待檢驗像素集，將所述待檢驗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，與所述區域劃分子器件和所述霧霾濃度檢測子器件分別連接，對所述石榴樹圖像的每一個像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF對所述目標像素值進行濾波處理以獲得濾波目標像素值，將目標像素值減去濾波目標像素值以獲得目標像素差值，使用EPGF對目標像素差值進行濾波處理以獲得濾波目標像素差值，將濾波目標像素值減去濾波目標像素差值以獲得霧霾去除基準值，將霧霾去除強度乘以霧霾去除基準值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標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像素的大氣散射光值； 介質傳輸率獲取子器件，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像素的介質傳輸率； 清晰化圖像獲取子器件，與所述區域劃分子器件、所述整體大氣光值獲取子器件和所述介質傳輸率獲取子器件分別連接，將I減去每一個像素的介質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，將所述石榴樹圖像中每一個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像素的介質傳輸率以獲得每一個像素的清晰化像素值，所述石榴樹圖像中每一個像素的像素值包括所述石榴樹圖像中每一個像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應地，獲得的每一個像素的清晰化像素值包括每一個像素的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處理圖像； 所述果實信息檢測器與所述圖像預處理器和所述存儲設備分別連接，所述果實信息檢測器包括: 小波濾波子器件，與所述圖像預處理器連接，對所述預處理圖像執行基于Harr小波濾波算法的小波濾波，輸出濾波石榴樹圖像； 灰度化處理子器件，與所述小波濾波子器件連接，對所述濾波石榴樹圖像執行灰度化處理，獲得灰度化石榴樹圖像； 石榴樹識別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲設備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述石榴樹上限灰度閾值和所述石榴樹下限灰度閾值之間的像素識別并組成石榴樹圖案； 標定線識別子器件，與所述灰度化處理子器件和所述存儲設備分別連接，將所述灰度化石榴樹圖像中灰度值在所述標定線上限灰度閾值和所述標定線下限灰度閾值之間的像素識別并組成標定線圖案； 果實識別子器件，與所述石榴樹識別子器件和所述存儲設備分別連接，將所述石榴樹圖案中灰度值在所述果實上限灰度閾值和所述果實下限灰度閾值之間的像素識別并組成多個果實圖案； 果實信息采集子器件，與所述標定線識別子器件、所述果實識別子器件和所述存儲設備分別連接，測量多個果實圖案分別與所述標定線圖案的相對位置以確定每一顆果實的實際位置，針對每一個果實圖案，統計像素灰度值小于等于所述預設成熟度閾值的像素數量，當統計的像素數量大于等于所述預設判定數量閾值時，確定所述果實圖案對應的果實為成熟，當所述像素數量小于所述預設判定數量閾值時，確定所述果實圖案對應的果實為未成熟； 所述AT89C51單片機與所述采摘執行設備、所述采摘驅動設備、所述實時定位設備、所述CMOS視覺傳感器、所述石榴樹識別子器件、所述標定線識別子器件、所述果實識別子器件和所述果實信息采集子器件分別連接，將所述石榴樹圖案、所述標定線圖案、所述多個果實圖案、每一顆果實的是否成熟和實際位置復合到所述預處理圖像上以形成復合圖像，并在確定對應果實成熟時給出對應果實的驅動信號，基于對應果實實際位置和所述采摘執行設備的當前位置確定對應果實的驅動信號的內容，在確定對應果實未成熟時不給出對應果實的驅動信號，所述對應果實的驅動信號用于控制所述采摘驅動設備驅動所述采摘執行設備到達對應果實的實際位置以實現對對應果實的采摘； 其中，所述AT89C51單片機按預設順序發送多個果實圖案分別對應的多個對應果實的驅動信號，并在發送完畢所有對應果實的驅動信號后，發出石榴樹采摘結束信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于: 所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識別子器件、所述標定線識別子器件、所述果實識別子器件和所述果實信息采集子器件分別采用不同的FPGA芯片來實現。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于: 所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識別子器件、所述標定線識別子器件、所述果實識別子器件和所述果實信息采集子器件被集成到一塊集成電路板上。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于: 所述小波濾波子器件、所述灰度化處理子器件、所述石榴樹識別子器件、所述標定線識別子器件、所述果實識別子器件和所述果實信息采集子器件被集成到一塊FPGA芯片中。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于: 所述石榴樹圖像和所述預處理圖像的分辨率都為3840X2160。
【專利摘要】本發明涉及一種石榴樹電子化自動采摘方法，該方法包括下列步驟：1)提供一種位于待采摘石榴樹的前方的石榴樹電子化自動采摘平臺，所述采摘平臺包括CMOS視覺傳感器、圖像預處理器、果實信息檢測器和AT89C51單片機，所述CMOS視覺傳感器用于對待采摘石榴樹拍攝以獲得石榴樹圖像，所述圖像預處理器用于去除所述石榴樹圖像中的霧霾成分以獲得預處理圖像，所述果實信息檢測器用于對所述預處理圖像執行圖像處理，以確定所述待采摘石榴樹上的每一顆果實是否成熟以及實際位置，所述AT89C51單片機與所述果實信息檢測器連接，基于所述待采摘石榴樹上的每一顆果實是否成熟以及實際位置確定對應果實的采摘策略；2)運行所述平臺。
【IPC分類】A01D46-30
【公開號】CN104704990
【申請號】CN201510164663
【發明人】吳春光
【申請人】吳春光
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月8日