獼猴桃對(duì)靶授粉方法研究與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

獼猴桃對(duì)靶授粉方法研究與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
劉世浩

（獼猴桃授粉）

【摘要】：獼猴桃為異花授粉作物,授粉作業(yè)質(zhì)量決定果實(shí)的產(chǎn)量與品質(zhì)。目前,我國(guó)授粉作業(yè)主要依賴人工,作業(yè)效率低、花粉消耗大、授粉效果難以保證?；ǘ渥R(shí)別與對(duì)靶噴射是高效授粉作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)獼猴桃對(duì)靶授粉控制系統(tǒng)可以推動(dòng)獼猴桃授粉裝備的智能化,在獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展中,具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文以棚架式“海沃德”獼猴桃花朵為對(duì)象,開展了獼猴桃對(duì)靶授粉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)明確Pixy相機(jī)最佳對(duì)焦距離范圍,改善花朵識(shí)別準(zhǔn)確率。通過(guò)Pixy相機(jī)成像面積與識(shí)別標(biāo)記面積的相對(duì)誤差分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)焦距離在15~40 cm時(shí),標(biāo)記面積與成像面積相對(duì)誤差值小于5%。依據(jù)獼猴桃花朵冠層分距地面垂直高度160~180 cm空間分布規(guī)律,確定Pixy相機(jī)進(jìn)行棚架式獼猴桃花朵識(shí)別與定位的最佳安裝高度為距離地面140~145 cm。(2)確定Pixy相機(jī)圖像亮度調(diào)整依據(jù),并構(gòu)建成像亮度調(diào)整系統(tǒng),提高Pixy相機(jī)自然光照度適應(yīng)性。通過(guò)分析不同光照度條件的花朵圖像標(biāo)記準(zhǔn)確率,明確環(huán)境光照度與相機(jī)成像亮度間的調(diào)整關(guān)系式:y=-0.0015x+143.95。依據(jù)該關(guān)系式設(shè)計(jì)并構(gòu)建圖像亮度調(diào)整控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了Pixy相機(jī)成像亮度的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整,有效地提高了自然環(huán)境光照度條件下Pixy相機(jī)的識(shí)別效果,并使花朵圖像標(biāo)記準(zhǔn)確率可達(dá)到95%以上。(3)依據(jù)相機(jī)像素定位數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)區(qū)域分割對(duì)靶控制算法,實(shí)現(xiàn)授粉噴嘴的對(duì)靶控制。通過(guò)噴嘴與相機(jī)空間布局,保證噴嘴噴射區(qū)域與相機(jī)視野的準(zhǔn)確匹配。以空間物理尺寸與圖像像素映射關(guān)系為依據(jù),通過(guò)分析像素平面中花朵可能分布情況,確定每一幀圖像中,花朵中心點(diǎn)的縱向坐標(biāo)值在0~20 pixel或縱向坐標(biāo)值在21~40 pixel且像素面積大于1256 pixel為噴霧靶標(biāo),可防止靶標(biāo)重復(fù)識(shí)別與漏識(shí)別;通過(guò)圖像像素與空間區(qū)域進(jìn)行對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換,將圖像像素平面的橫向劃分為三個(gè)區(qū)域,針對(duì)像素中心點(diǎn)橫坐標(biāo)在0~104 pixel、105~213 pixel、214~320 pixel的靶標(biāo),結(jié)合延時(shí)控制,分別延時(shí)打開噴嘴1、2、3進(jìn)行授粉工作,可防止靶標(biāo)重復(fù)授粉與漏授粉。(4)設(shè)計(jì)對(duì)靶授粉控制系統(tǒng),完成硬件電路構(gòu)建與控制程序編寫。在明確對(duì)靶授粉控制系統(tǒng)總體要求的基礎(chǔ)上,完成對(duì)控制系統(tǒng)硬件選型,并通過(guò)Altium Designer 9對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)區(qū)域分割對(duì)靶控制算法,通過(guò)Arduino IDE完成了圖像亮度調(diào)節(jié)與花朵數(shù)據(jù)獲取模塊、底盤遙控控制模塊、延時(shí)時(shí)長(zhǎng)獲取模塊與對(duì)靶授粉執(zhí)行模塊等子程序的開發(fā),以及對(duì)靶授粉控制系統(tǒng)總程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。(5)靶標(biāo)識(shí)別與對(duì)靶授粉驗(yàn)證試驗(yàn)。通過(guò)搭建對(duì)靶授粉試驗(yàn)機(jī)和授粉環(huán)境,分別在高、中、低三種光照度下,對(duì)共270朵獼猴桃花進(jìn)行對(duì)靶授粉驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示,靶標(biāo)識(shí)別率可達(dá)到93.7%,對(duì)靶命中率為83.3%。驗(yàn)證了區(qū)域分割對(duì)靶控制算法的控制精度與對(duì)靶授粉控制系統(tǒng)的整體性能。

（獼猴桃人工授粉）

（紅心獼猴桃花粉）

（獼猴桃花粉價(jià)格）