扦插机器视觉定位装置及方法与流程

1.本公开涉及作物栽培技术领域，尤其涉及一种扦插机器视觉定位装置及方法。


背景技术：

2.扦插是花卉、中药等作物繁殖的重要方式。由于扦插时很多作物具有方向性，带芽的一侧要朝上，传统的扦插采用人工来完成，并需要人工逐一辨别作物带芽的一侧是否朝上，使得作物的扦插效率较低。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种扦插机器视觉定位装置及方法。
4.一方面，本公开实施例提供一种扦插机器视觉定位装置，包括底座、夹持部件、控制部件、图像处理部件以及沿竖直方向同轴设置的第一图像采集部件和第二图像采集部件；
5.所述夹持部件设于所述底座上，用于夹持或释放作物；
6.所述第一图像采集部件位于所述夹持部件的上方用于采集所述作物的作物芽的第一图像，所述第二图像采集部件位于所述夹持部件的下方，用于采集所述作物的作物芽的第二图像；
7.所述图像处理部件元分别与所述第一图像采集部件、所述第二图像采集部件以及所述控制部件通信连接，所述图像处理部件接收所述第一图像和所述第二图像，并对所述第一图像和所述第二图像进行分析获取分析结果，并将所述分析结果发送至所述控制部件；
8.所述控制部件与所述夹持部件电连接，所述控制部件根据所述分析结果判定是否转动所述夹持部件，并使得所述作物朝向预设方向后控制所述夹持部件张开以释放所述作物。
9.根据本公开的一种实施例，所述图像处理部件接收所述第一图像和所述第二图像，对所述第一图像进行像素提取获得第一轮廓像素的面积，对所述第二图像进行像素提取获得第二轮廓像素的面积，并对所述第一轮廓像素的面积和所述第二轮廓像素的面积进行差值分析获得分析结果。
10.根据本公开的一种实施例，当所述第一轮廓像素的面积大于所述第二轮廓像素的面积时，所述控制部件控制所述夹持部件不翻转，反之，所述控制部件所述夹持部件翻转预设角度。
11.根据本公开的一种实施例，所述预设角度的范围为90
‑
180
°
。
12.根据本公开的一种实施例，所述夹持部件包括夹持支撑杆、夹持爪、旋转电磁铁以及作物容置筒，所述夹持爪的非夹持端设于所述夹持支撑杆上，且所述夹持爪的夹持端设置有所述旋转电磁铁和所述作物容置筒，所述控制部件与所述旋转电磁铁电连接，以通过
所述旋转电磁铁控制所述作物容置筒翻转预设角度。
13.根据本公开的一种实施例，所述作物容置筒内设置有与所述控制部件通信连接的红外光传感器，所述控制部件用于根据所述红外光传感器对所述作物容置筒内的所述作物的反射信号控制所述夹持部件张开或夹紧。
14.根据本公开的一种实施例，当所述反射信号为0时，所述控制部件控制所述夹持部件张开；当所述反射信号不为0为，所述控制部件控制所述夹持部件夹紧。
15.根据本公开的一种实施例，所述夹持部件为多个，多个所述夹持部件沿所述底座的周向间隔设置；所述底座的底部设置有驱动件，所述驱动件驱动所述底座转动时，使得任意一个所述夹持部件转动至所述第一图像采集部件和所述第二图像采集部件的摄像范围内。
16.根据本公开的一种实施例，所述第一图像采集部件与所述第二图像采集部件沿朝向彼此的方向倾斜，且所述第一图像采集部件和所述第二图像采集部件的延长线的夹角为90
°
。
17.另一方面，本公开实施例提供一种扦插定位方法，包括：
18.采用第一图像采集部件和第二图像采集部件分别获取作物的作物芽的第一图像和第二图像，其中第一图像采集部件位于所述作物的上方，所述第二图像采集部件位于所述作物的下方；
19.根据所述第一图像和所述第二图像分别获得作物的作物芽的第一轮廓像素的面积和第二轮廓像素的面积；
20.根据第一轮廓像素的面积和第二轮廓像素的面积判断作物的作物芽是否朝上，若是，则将控制夹持部件张开以释放所述作物，若不是，则控制所述夹持部件翻转以使得所述作物翻预设角度后控制所述夹持部件张开以释放所述作物。
21.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
22.本公开实施例提供一种扦插机器视觉定位装置及方法，其中扦插机器视觉定位装置包括底座、夹持部件、控制部件、图像处理部件以及沿竖直方向同轴设置的第一图像采集部件和第二图像采集部件；通过第一图像采集部件和第二图像采集部件确定作物的作物芽的图像信息，并通过图像处理单元对图像信息进行轮廓像素提取获得第一图像采集部件采集的第一图像的轮廓像素的面积和第二图像采集部件采集的第二图像的轮廓像素面积，并根据该第一图像和第二图像对应的轮廓像素面积可以确定作物的作物芽的朝向，省去了利用人工逐一辨别作物的作物芽是否朝上造成的效率较低的问题。进一步地，当作物的作物芽朝上时，则可以直接释放作物进行扦插，若作物的作物芽并非朝上，则可以通过控制部件控制夹持部件翻转后使得作物的作物芽朝上后再释放作物进行扦插，使得本公开的扦插机器视觉定位装置的扦插操作更为高效。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
24.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而
言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本公开实施例所述扦插机器视觉定位装置结构示意图；
26.图2为本公开实施例所述扦插机器视觉定位装置的夹持部件夹持有作物的结构示意图；
27.图3为本公开实施例所述扦插机器视觉定位装置的电路结构示意图；
28.图4为本公开实施例所述扦插定位方法的方法流程示意图。
29.其中，1、底座；2、夹持部件；21、夹持支撑杆；22、夹持爪；23、旋转电磁铁；24、作物容置筒；25、红外光传感器；3、控制部件；4、图像处理部件；5、第一图像采集部件；6、第二图像采集部件；7、作物；8、入土部件。
具体实施方式
30.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.如图1、图2所示，本公开实施例提供一种扦插机器视觉定位装置，包括底座1、夹持部件2、控制部件3、图像处理部件4以及沿竖直方向同轴设置的第一图像采集部件5和第二图像采集部件6；通过第一图像采集部件5和第二图像采集部件6确定作物7的作物芽的图像信息，并通过图像处理单元4对图像信息进行轮廓像素提取获得第一图像采集部件5采集的第一图像的轮廓像素的面积和第二图像采集部件6采集的第二图像的轮廓像素面积，并根据该第一图像和第二图像对应的轮廓像素面积可以确定作物7的作物芽的朝向，省去了利用人工逐一辨别作物的作物芽是否朝上造成的效率较低的问题。进一步地，当作物7的作物芽朝上时，则可以直接释放作物进行扦插，若作物的作物芽并非朝上，则可以通过控制部件3控制夹持部件2翻转后使得作物7的作物芽朝上后再释放作物进行扦插，使得本公开的扦插机器视觉定位装置的扦插操作更为高效。
33.具体的，如图1所示，当作物7的作物芽朝下时，则此时需要将作物7翻转180
°
后在进行扦插，而如图2所示的，当作物7的作物芽朝上时，此时可以直接对作物进行扦插。
34.夹持部件2设于底座1上，用于夹持或释放作物7，具体的夹持部件2可以卡接固定在底座1上，或者通过紧固件连接固定在底座1上，底座1的形状可以呈如图1所示的圆形，或者方形，或者其他任意形状。在扦插开始前，可以人工将作物7放置在夹持部件2内，此时可以不用考虑作物7的放置方向，从而减小人工放置时间，放置在夹持部件2内的作物7在第一图像采集部件5和第二图像采集部件6的摄像下获取第一图像和第二图像，图像处理单元4根据第一图像和第二图像进行分析获取分析结果，并根据分析结果判定是否转动夹持部件2，以使得控制部件3控制夹持部件2夹持的作物翻转或者不翻转。
35.示例性的，当分析结果显示作物7的作物芽朝上时，则控制部件3控制夹持部件2张开以释放作物7，使得作物7落入土地上进行扦插；若分析结果显示作物7的作物芽朝下时，则控制部件3控制夹持部件2翻转后使得作物7的作物芽朝上后，控制部件3再控制夹持部件
2张开以释放作物7进行扦插。
36.另外，为了便于扦插，还可以设置如图1所示的入土机构8，入土机构8可以在土地上打出扦插孔，以便于作物7插入土地内，入土机构8的底部可以设置有如图1所示的尖状部，以方便打出扦插孔。
37.本实施例中，根据第一图像和第二图像进行分析获取结构的原理或过程为：图像处理部件4接收第一图像和第二图像，对第一图像进行像素提取获得第一轮廓像素的面积，对第二图像进行像素提取获得第二轮廓像素的面积，并对第一轮廓像素的面积和第二轮廓像素的面积进行差值分析获得分析结果。当第一轮廓像素的面积大于第二轮廓像素的面积时，此时可以判定作物7的作物芽朝上，则控制部件3控制夹持部件2不翻转，控制部件3可以进一步控制夹持部件2张开以释放作物7进行扦插；当第一轮廓像素的面积小于第二轮廓像素的面积时，此时可以判定作物7的作物芽朝下，则控制部件3控制夹持部件2翻转预设角度后再控制夹持部件2张开以释放作物7。
38.本实施例中，预设角度的范围为90
‑
180
°
，即当作物7的作物芽朝下时，此时控制部件3可以控制夹持部件2翻转90
°
、或者120
°
、或者180
°
以使得作7的作物芽相对朝上或者朝上，以进行下一步扦插。
39.如图1、图2所示，夹持部件2包括夹持支撑杆21、夹持爪22、旋转电磁铁23以及作物容置筒24，夹持爪22的非夹持端设于夹持支撑杆21上，且夹持爪22的夹持端设置有旋转电磁铁23和作物容置筒24，控制部件3与旋转电磁铁23电连接，以通过旋转电磁铁23控制作物容置筒24翻转预设角度。旋转电磁铁23的转动速度为0.2秒。
40.即，当判定作物7的作物芽朝上，则控制部件3控制夹持部件2张开以释放作物7进行扦插；当判定作物7的作物芽朝下，则控制部件3通过控制旋转电磁铁23控制作物容置筒24翻转预设角度后再控制夹持部件2张开以释放作物7。
41.具体的，夹持爪22可以包括第一夹持片和第二夹持片，且第一夹持片和第二夹持片的一端均与夹持支撑杆21可转动连接，第一夹持片和第二夹持片的另一端可以相对于彼此靠近或远离以实现夹持功能。具体的具有夹持功能的机械爪可以参考相关技术中常用的夹持爪，本实施例对此不作具体限定。
42.进一步地，如图1至图3所示，作物容置筒24内设置有与控制部件3通信连接的红外光传感器25，控制部件3用于根据红外光传感器25对作物容置筒24内的作物7的反射信号控制夹持部件2张开或夹紧。
43.示例性的，当反射信号为0时，即此时作物容置筒24内的作物7对红外光传感器25起到遮挡，说明此时作物容置筒24内放置有作物7，此时控制部件3控制夹持部件2张开以释放作物7进行扦插；当反射信号不为0时，即此时作物容置筒24内没有有作物7，这说明作物7已经落至土地上了，控制部件3控制夹持部件2夹紧以进行下一循环，即继续夹紧后放置作物进行朝向判断后再张开释放作物进行扦插。
44.另外，红外光传感器25的反射信号的采集时间间隔为每秒80次。
45.为了提高扦插效率，夹持部件2为多个，多个夹持部件2沿底座1的周向间隔设置；底座的1底部设置有驱动件，驱动件具体可以为驱动电机等，通过驱动底座1转动，使得底座1上的某一个夹持部件2转动至第一图像采集部件5和第二图像采集部件6的摄像范围内，进行图像采集并通过图像处理部件进行分析处理，判断作物7的朝向，并最终根据朝向选择控
制部件3释放控制夹持部件2翻转或不翻转，并最终在作物7的作物芽朝上时释放作物7进行扦插。示例性的，夹持部件2可以如图1所示的设置4个，也可以设置5个、6个甚至更多，具体的夹持部件2的数目本实施例不做限定。底座1可以为圆盘状，且圆盘状的直径为38cm至46cm之间。
46.如图2所示，第一图像采集部件5与第二图像采集部件6沿朝向彼此的方向倾斜，且第一图像采集部件5和第二图像采集部件6的延长线的夹角为90
°
。即本实施例中，参照图1所示的图纸方向，第一图像采集部件5朝向左下方倾斜45
°
，第二图像采集部件6朝向左上方倾斜45
°
。在其他实施例中，也可以为第一图像采集部件5朝向左下方倾斜60
°
，第二图像采集部件6朝向左上方倾斜60
°
。具体的第一图像采集部件5和第二图像采集部件6的倾斜角度根据实际需要设定。
47.另外，第一图像采集部件5和第二图像采集部件6可以为相机或者其他具有图像采集功能的设备，例如手机等。第一图像采集部件5和第二图像采集部件6可以转动，使得作物处于采集范围内，且其转动角度为40
°
至48
°
。
48.如图3所示，本公开实施例提供一种扦插定位方法，包括：
49.s101：采用第一图像采集部件和第二图像采集部件分别获取作物的作物芽的第一图像和第二图像，其中第一图像采集部件位于作物的上方，第二图像采集部件位于作物的下方；
50.s102：根据第一图像和第二图像分别获得作物的作物芽的第一轮廓像素的面积和第二轮廓像素的面积；
51.s103：根据第一轮廓像素的面积和第二轮廓像素的面积判断作物的作物芽是否朝上，若是，则将控制夹持部件张开以释放作物，若不是，则控制夹持部件翻转以使得作物翻预设角度后控制夹持部件张开以释作物。
52.具体的，首先获取作物的作物芽在不同视角下的图像信息，获得不同视角下的图像的轮廓像素的面积，对不同图像信息的轮廓像素的面积进行差值分析获得分析结果。当判定作物的作物芽朝上，则控制夹持部件张开以释放作物进行扦插；当判定作物的作物芽朝下，则控制部件夹持部件翻转预设角度后再控制夹持部件张开以释放作物，通过第一图像采集部件和第二图像采集部件对作物进行图像采集，并根据图像采集结果判断作物的朝向，有效解决了了人工辨别作物的朝向导致的作物的扦插效率较低的问题。
53.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。