蔬果选采机器人自然场景理解的深度联想感知方法

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我国农业从业劳动力日益短缺,而一些经济效益高的娇嫩蔬果采收期极短,采收作业精细,因此对高效实用的果蔬采摘机器人需求很大。在设施种植环境下实现低损伤、少漏收、高效率采收对蔬果采摘机器人商业化落地具有重要意义,但该领域尚未出现普适有效的解决方案。目前视觉能力是造成蔬果采摘机器人采收成功率与采收质量瓶颈的关键因素,本文提出一种高效无损蔬果采摘机器人系统,主要在视觉系统与灵巧采摘动作方面作出改进,并以番茄为采摘目标进行实验验证。针对农业环境中存在大量重叠、遮挡的难目标,导致采摘定位误差大,采收率难以提升,首先提出了多源图像融合的实例分割算法对果实进行精准检测,在测试中达到98.3%的检测成功率和91.6%的检测IOU;然后,为补偿遮挡番茄定位误差,模仿人类联想能力提出了番茄形位复原算法复原出完整番茄的形状位置信息,对于60%面积以下遮挡番茄实现了小于3mm的质心定位误差;其次,为精准判断番茄适采期,实现高质量采收,提出番茄适采性评估模型;最后,为实现高质量灵巧采摘,基于深度学习特征点提取原理提出了番茄姿态估算模型,提升了视觉系统的目标理解能力。最后搭建实验平台,在实际种植环境中进行了实验和测试,实验表明多果采摘平均耗时为13s,采摘成功率达到90%。
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