機(jī)器采摘棉花 視覺系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)獲突破
作為世界產(chǎn)棉大國(guó)，與其他國(guó)家相比，我國(guó)的棉花種植地域遼闊，生產(chǎn)規(guī)模呈現(xiàn)多元化格局，棉花品種多、收獲期長(zhǎng)、蟲害多、地膜碎片多，因此，運(yùn)用當(dāng)今世界上普遍使用的機(jī)械式采摘技術(shù)，盡管能提高工效，但是容易造成棉花優(yōu)劣并收的尷尬局面。然而，若使用常規(guī)的手工采棉，則又面臨著勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)費(fèi)用高的問題，同時(shí)，由于一些農(nóng)民質(zhì)量意識(shí)淡薄，使采摘的棉包一致性差，不具備價(jià)格導(dǎo)向性。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，機(jī)械式采摘依然是我國(guó)采棉業(yè)發(fā)展的方向，但如何讓采摘機(jī)器人正確地判斷出棉花的品級(jí)、保證棉花的質(zhì)量，則是主要的制約因素。
“長(zhǎng)期以來，我國(guó)棉花采摘、收購(gòu)以感官檢驗(yàn)為主、儀器測(cè)試為輔，為了解決棉花機(jī)械式采摘質(zhì)量問題，我們開始了此項(xiàng)技術(shù)的研究。”王玲副教授說，自2005年起，她和團(tuán)隊(duì)便開始了這項(xiàng)“基于圖像特征選擇識(shí)別田間籽棉品級(jí)”的研究，此項(xiàng)研究也是國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目。研究主要使用CCD數(shù)碼相機(jī)采集早、中、晚三期“蘇棉12”1~7級(jí)籽棉的正面圖像共計(jì)350幅。首先，用顏色閾值法將籽棉從復(fù)雜的背景中分割出來，并用一組同心圓對(duì)其進(jìn)行切割；其次，研究者提取了反映籽棉白度、黃度和雜質(zhì)量的14個(gè)紋理特征以及反映棉瓣大小、結(jié)構(gòu)的16個(gè)形狀特征；*后，研究者以類可分性準(zhǔn)則為過濾器的評(píng)價(jià)函數(shù)啟發(fā)式搜索了有效特征。研究結(jié)果表明，籽棉圖像分割算法快速、準(zhǔn)確；30個(gè)紋理、形狀特征能夠區(qū)分籽棉的品級(jí)；混合過濾器/封裝器和浮動(dòng)搜索的特征選擇算法效率高、效果好，有效特征為3個(gè)白色、黃色紋理特性和4個(gè)形狀結(jié)構(gòu)特征，并獲得了88.4%的識(shí)別率。
作為此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的載體，王玲副教授說，采摘機(jī)器人能夠以較大的時(shí)空自由度模擬人工實(shí)時(shí)采摘并分級(jí)，能夠適應(yīng)棉花品種的多樣性，降低生產(chǎn)成本，提高棉花等級(jí)相符率，減少異型纖維問題、摻雜使假事件和包一致性差現(xiàn)象，使高、中、低檔棉花品質(zhì)結(jié)構(gòu)趨于合理。此項(xiàng)技術(shù)的突破，也將使我國(guó)的棉花質(zhì)量檢測(cè)由收獲后檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槭斋@前檢測(cè)，通過采摘機(jī)器人，在采摘前就能知道，哪片地里的棉花質(zhì)量好，哪片地里的棉花質(zhì)量差，從而避免了重復(fù)和無謂的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)采棉作業(yè)的精細(xì)化。
據(jù)悉，目前我國(guó)還沒有完全符合國(guó)情的棉花定級(jí)儀器，為此，此項(xiàng)面向采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)的籽棉朝向、成熟度和品級(jí)表征研究的深入開展，也將有利于符合國(guó)情的棉花定級(jí)儀器的早日問世，填補(bǔ)空白。