高茬水田耕整路径机器视觉识别方法研究

【摘要】基于机器视觉的农业机械导航路径研究主要集中在旱作物行、垄线、犁沟线及旱作物收获边界等提取方面,鲜有将机器视觉自动导航路径识别技术应用于水田耕整机械。本研究以水稻、油菜和小麦高茬水田耕整图像为研究对象,以1GMD-200型水田秸秆还田耕整机为试验平台,以实现水稻、油菜和小麦高茬耕整路径识别与导航参数有效提取为目标,在总结前人研究成果的基础上,结合现有路径识别及参数提取理论与方法,对高茬水田耕整路径机器视觉识别方法进行试验研究,具体研究内容如下：(1)搭建了高茬水田耕整图像动态采集系统。以东方红-LX954拖拉机为平台,通过计算机控制工业相机实现高茬水田耕整图像动态采集。其中,相机距离地面安装高度为h=2.15m,安装俯角为θ=31.8。。(2)提出了一种新的灰度化加权因子R+G-2B,并取得了较好灰度化效果。比较现有常规加权法、过绿特征加权法、色度分量法对本研究对象灰度化结果,得出过滤特征加权法可获取对比较鲜明的灰度化图。为寻求更优灰度化效果,分析了高茬水田耕整静态采集图像残茬区与耕整区颜色分量特点,提出了R+G-2B灰度化法。(3)提出了一种基于像素均值纹理描绘子的图像分割法。通过对比灰度直方图双峰法、最大类间方差法和基于纹理统计法对超绿特征灰度图和R+G-2B灰度图分割结果,确定本研究图像分割法为基于R+G-2B灰度图像的像素均值纹理描绘子法。其中,像素均值纹理描绘子区域窗口尺寸为12×2(行×列)个像素,像素均值阂值为100。(4)针对形态学滤波后部分图像耕整区存在大面积白色噪声点,提出了一种剪切二值图像方法。通过统计二值图像列方向上累计像素值的和并计算和的最大值与最小值的均值A,确定像素值分别为1.8×A和0.1×A所在列数,从而确定二值图像剪切边界。(5)确定了导航路径检测方法——最小二乘法。分别采用传统Hough变化法、基于己知点Hough变化法和最小二乘法对高茬水田耕整图像进行导航路径检测,结果表明：采用最小二乘法检测导航路径拟合精度高,不受耕整区白色干扰点影响,抗干扰性强,路径检测耗时600ms左右；采用基于已知点Hough变化法较传统Hough变化法拟合精度高、路径检测耗时短,但两者均易出现导航路径误检测,路径检测耗时分别为1500ms和450ms。(6)确定了相机内参。采用张正友平面标定法标定相机,确定了相机内参。路面误差验证试验表明,相机标定倾角误差在1。范围内,截距误差在0.03m范围内,标定结果可满足实际导航需要。(7)在校内开展了路面试验,路面试验截距误差△c=0.3256mm,倾角误差△θ=2.4156。；在华中农业大学现代农业科技试验基地水稻核心试验区开展了田间试验,田间试验截距误差△c=-0.1655mm,倾角误差Aθ=–3.3729。。
【作者】张甜；
【导师】夏俊芳；
【作者基本信息】华中农业大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】水田耕整；高茬；统计纹理；路径识别；视觉导航；

【参考文献】
[1]许丹.钙钛矿结构La_(2/3-x)Y_xCa_(1/3)MnO_3的制备以及拉曼与红外光谱分析[D].安徽大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[2]张羿.高温介孔脱硫剂的制备和高硫容性质的研究[D].天津大学,化学,2013,硕士.
[3]肖娟.基于概念层次树的数据挖掘算法及在CRM中的应用[D].浙江工业大学,技术经济及管理,2004,硕士.
[4]刘佳伟.推广的K(a|¨)hler Ricci流[D].浙江大学,基础数学,2012,硕士.
[5]陆姗姗.面向依赖型数据源的Deep Web数据融合技术研究[D].苏州大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[6]刘虹丽.铁氧体/石墨烯复合材料的制备及吸附性能的研究[D].北京化工大学,2013.
[7]卢芳.张学良口述档案编纂成果研究[D].辽宁大学,档案学,2012,硕士.
[8]姚辉.声强探头与声强数字信号处理模块的研制[D].合肥工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[9]王健雄.标志设计中图形的动态化研究[D].西南交通大学,工业设计工程,2014,硕士.
[10]李晓彩.基于SECCL语料库的英语专业学生口语自我修正研究[D].山东大学,英语语言文学,2013,硕士.
[11]徐菲.HSDPA技术及发展[J].电信网技术.2003(09)
[12]张汇.基于贝叶斯的网页文本分类算法[D].华中科技大学,2004.
[13]李静.对赌协议法律效力研究[D].中国社会科学院研究生院,商法（专业学位）,2014,硕士.
[14]鲍林文.黄瓜生长素受体同源基因的克隆及其遗传转化[D].杭州师范大学,植物学,2013,硕士.
[15]董富强.网络用户行为分析研究及其应用[D].西安电子科技大学,2005.
[16]艾宁,潘再法,朱红英,王丽丽,李峰.“应用化学+知识产权”复合人才培养模式的探索与实践[J].现代物业(中旬刊),2012,05:104-106.
[17]李妍.基于云计算的数据挖掘技术研究[D].石家庄经济学院,计算机应用技术,2012,硕士.
[18]张登禄.基于蛋白质组学研究氧化还原相关基因在前列腺癌耐药中的作用及调控机制[D].山东大学,生物化学与分子生物学,2014,博士.
[19]刘佳.中国资本市场发展与资本市场的有效性研究[D].湖北大学,会计学,2011,硕士.
[20]潘顺.EAI及其在电信行业的应用[J].电信科学,2005,07:17-20.
[21]李文敏.枫杨和湿地松幼苗生理参数的高光谱反演模型研究[D].西北农林科技大学,生态学,2014,博士.
[22]朱博雅.一种基于数据挖掘的量化投资系统的设计与实现[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[23]朱江.带有两个分支的协调构型的研究[D].河北师范大学,基础数学,2014,硕士.
[24]许文,叶明恩.生活中的物理命题[J].高中生学习(试题研究),2015,03:40-41.
[25]户艳芬.活性氧诱导家蚕细胞凋亡的内源性线粒体途径的研究[D].西南大学,遗传学,2014,硕士.
[26]王少燕.多媒体通信中的音视频同步问题研究与实现[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2003,硕士.
[27]宋海荣.青少年依恋、自尊及其二者关系的发展性研究[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2004,硕士.
[28]张宏辉.日光温室油桃采收期及采后管理[J].西北园艺.2004(02)
[29]王利勇,贾红霞,成永强,李正平.水溶性碳纳米粒子的制备及其在DNA和单核苷酸多态性分析中的应用[J].中国科学:化学,2011,09:1515-1520.
[30]高博.水声通信系统中64QAM调制解调技术研究与实现[D].燕山大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[31]呼延晨龙.干式气体端面密封仿生设计的基础研究[D].浙江工业大学,化工过程机械,2012,硕士.
[32]向思遇.互联网金融业态现状及发展趋势研究[D].华中师范大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[33]姜宁.基于网络数据库的故障诊断专家系统设计[D].湖南大学,2002.
[34]丁大卫.之前连续三周的规律很难打破[N].上海证券报,2014-08-23005.
[35]安光乐.厂拌热再生设备楼体框架静动态特性分析与优化设计[D].长安大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[36]金崇富.京海黄鸡IGF-IR、IGFBP-3基因多态性及其与生产性能的相关性研究[D].扬州大学,动物遗传育种与繁殖,2011,硕士.
[37]胡璐璐.王雪涛以及他的小写意花鸟画研究[D].湖南师范大学,美术学,2013,硕士.
[38]李永梅,张毅刚,杨庆山.索承网壳结构施工张拉索力的确定[J].建筑结构学报,2004,04:76-81.
[39]刘静.山东省荣成天鹅湖大叶藻间小型腹足类生物调查及分子学研究[D].青岛大学,临床检验诊断学,2013,硕士.
[40]赵彦芬.修正的Markowitz投资组合模型在金融市场中的应用研究[D].大连理工大学,金融数学与保险精算,2013,硕士.
[41]徐智明.长三角地区居民消费碳排放的测算及影响因素分析[D].合肥工业大学,环境科学,2014,硕士.
[42]刘云.基于蚁群聚类的特征基因选择算法研究[D].湖南大学,计算机科学与技术,2010,硕士.
[43]张冲,王均宏,陈美娥,张展,李铮.复杂环境对漏泄圆波导辐射特性的影响[J].电波科学学报.
[44]王美艳.李仪祉治理黄河理论及实践述评[D].河北师范大学,中国近现代史,2012,硕士.
[45]俞道远.弹尾纲鳞（虫兆）总科系统分类研究[D].南京大学,生物学,2014,博士.
[46]周翔.红外热像在线人脸识别的研究与应用[D].安徽大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[47]杨爽.论惩罚性损害赔偿责任[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[48]卢时洋.有机晶体回音廊激光器的制备与特性研究[D].吉林大学,光学工程,2014,硕士.
[49]戴希文.论我国生态用地法律保护制度[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[50]徐晓宁.当代大学生幸福观培育研究[D].安庆师范学院,科学社会主义与国际共产主义运动,2012,硕士.