SRT计划项目申请书提交版.docx

1、SRT计划项目申请书提交版SRT计划项目申请书项目名称：果树主干及其支干的图像信息提取申请者： XXX 院 系: 工学院农机系 专 业: 农业机械化及自动化专业 指导教师: XX 职称： XX 2012年 04 月 08日南京农业大学教务处制填 报 说 明一、填写申请书前，请先查阅南京农业大学SRT计划项目管理办法（校教字2003134号）文件和当年教务处关于SRT计划项目申请的要求及有关规定.二、申请书的各项内容，要实事求是、逐条认真填写。表达要明确、严谨.第一次出现的缩写词,需注出全称。三、申请书一律采用计算机打印,纸张标准为A4纸，于左侧装订成册。第三页起各栏空格不够时，可自行加页。一式

2、二份，交所在学院办公室。四、凡选择性栏目,请在相应提示符A、B、C等之上打勾(）.五、有关表格、材料请从教务处网站（http：/cai。）的“下载中心中下载填写.六、联系单位：教务处实践教学科地址：文科楼A座217室电话：84395910Email： jwcsjknjau。一、简表申请者姓名XXX学号XXXXXXXXX班级XXX班年级 2010级电话XXXXXXXXXEmailXXXXXXX项目名称果树主干及其支干的图像信息提取项目来源A、自立项目 B、教师科研课题的子项目C、其它项目类型A、实验研究 B、调查研究 C、软件制作经费来源A、学校资助 B、导师课题资助 C、企业资助经费额度120

3、0元指导教师姓名安秋指导教师职称讲师合作者姓名、学院、班级XXX，XX系10级0X班；XXX,XX系10级0X班；XXX， XX系11级.申请时间2012年5月完成时间2013年5月项目研究内容摘要果树收获机器人在果实采摘过程中需要识别树干,避开树干,从而快速准确到达果实生长位置。由于果树长年生长在固定位置,并且多年生果树的主要树干也固定不变，如果在采摘前就已获得该棵果树树干的信息，在采摘时，就可以利用该信息进行快速路径规划，将大大提高果实采摘的实时性和果树收获机器人的工作效率.本项目拟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

4、摘机器人收获时使用.同时，本项目也将以该信息为基础进行果树树干的二维重构。二、立论依据 （包括项目的研究意义、现状分析,并附主要参考文献及出处） 1研究意义进入21世纪,随着高新科技的迅速发展,农业科技迎来了新的发展机遇.尤其是农业生产,正朝着规模化，多样化，精确化方向发展,农业劳动力的成本迅速上升,劳动力不足的现象也日趋明显，因而作为高科技的机器人技术进入农业领域变得越来越现实.果园收获作业机械化和自动化成为广大果农们最为关注的热点问题,所以开展果树采摘机器人的研究，不仅对于适应市场需求、降低劳动强度、提高经济效率有着一定的现实意义，而且对减轻人类生活压力也是一种潜在的构想。在果树采摘机器人

5、的研究中，避障1是其最基本的关键技术之一，也是果树采摘机器人发展的障碍所在。在果树采摘过程中，一般需要在线进行相关信息（如果实、树干等）的提取2，这在一定程度上限制了果树采摘机器人的工作效率.基于此，本课题提出在果实收获前，预先进行果树主干及其枝干的图像信息提取,在果实采摘时，以该信息辅助机器人的采摘过程，这种方法必将大大提高果树采摘的实时性，为果树采摘机器人走向实用化助一臂之力。2现状分析 果蔬采摘机器人3是21世纪精确农业的重要装备之一，是未来智能农业机械的发展方向。从1983年的第一台西红柿采摘机器人4在美国诞生以来,采摘机器人的研究和发展已经经历了20多年。以下主要介绍一些与树木图像处

6、理和建模重构方面的国内研究进展和成果。目前国内主要有两组研究人员进行林木图像处理方面的研究工作:北京林业大学的李文彬等人5和南京林业大学的郑加强等人6。北京林业大学的研究是以树木的整枝抚育为应用背景，南京林业大学的应用背景是精确喷雾.2004年，程磊等提出了一种序列化的处理方法：首先综合运用基于色彩和纹理的图像分割方法7获得初步分割图像，然后应用数学形态学方法修正分割后的图像，最后对分割图像中的树冠和树干进行整株树的标记，初步实现了一类树木图像的分割。2005年，杨华等人对单株立木图像信息的提取分别运用近景摄影测量DLT模型和双目立体视觉技术8进行解算，解决了立木图像信息与立木二维坐标之间的解

7、算问题。2005年，孙仁山、李文彬等从工程应用角度出发,应用二维小波分析技术9对林木图像进行消噪、压缩等处理；提出一种用于工业用材林自动整枝的立木枝干动态识别系统10框架，对人工林侧柏的枝干进行了数字图像采集及处理,同时提出了一种立木枝干计算机自动识别算法,提取立木图像枝干形状、尺寸、弯曲度及相对空间位置关系基本生长特征，即利用模式识别技术验算其与特征数据库的匹配情况，从而达到立木枝干自动识别的目的。2006年，阚江明、李文彬等针对智能整枝机视觉系统的需要提出一种以数学形态学为主的图像分割方法11，解决复杂背景下树木图像分割困难的问题。2007年，阚江明、李文彬等利用已知大小的标定尺简化无线性

8、畸变CCD摄像机标定过程，经过标定后统计立木枝干直径的像素数与每一个像素代表的实际尺寸相乘就可以很容易地计算立木枝干直径.1998年，童雀菊、华毓坤对利用图像处理方法采集原木形状参数的过程12作了研究,提出了一种基本的图像处理在树干识别中应用的方法.2004年,葛玉峰、周宏平等提出了基于相对色彩因子的树木图像分割算法13。首先引入2G/(R+B）色彩因子分割绿色树木与其背景，再引入（R+B+G）/3因子去除图像中的暗噪声或相对暗区。2004年，向海涛、郑加强等研究了树木图像的实时采集与识别技术14，以及树木图像处理及分析软件系统的开发，并设计制作了室内模拟实验系统.2005年，王雪峰、张超等介

9、绍由摄像机图像抽取林木直径的方法、步骤15,将度量误差模型算法应用到参数的求解当中，提出适合于林业野外作业的内、外参数分离策略，最后对文中算法、策略进行实际验证。综上所示,国内在林木图像处理工作主要集中在森林或者工业用林等方面，研究也多停留在实验室水平上。对果树图像进行研究的工作尚未见报道。并且他们的研究主要针对整棵树为研究对象，而本项目则是对树的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

10、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

11、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，

12、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）：7173. 2蔡健荣,基于立

13、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)：14.5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):466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)：1441487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，20048隋婧,金伟其.双目立体视觉技术的实现

14、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):4610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）： 8689.11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)：132136.12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)

15、 ：1922。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）:144-14815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):1720。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