本發(fā)明屬于計算機視覺技術(shù)、計算機控制技術(shù)和機械制造技術(shù)在采茶機割刀控制方面的應用，尤其涉及一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法。

背景技術(shù)：
根據(jù)中商情報提供的數(shù)據(jù)：2012年，據(jù)18個產(chǎn)茶省上報數(shù)據(jù)匯總，我國茶葉種植面積為3578萬畝，同比增加201.3萬畝，是名副其實的茶葉種植和生產(chǎn)大國。然而傳統(tǒng)的茶葉生產(chǎn)多以家庭為單位，從茶葉的采摘到加工均以手工為主，屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)。從茶葉采摘角度看，一方面由于人力采摘的成本高，增加了茶葉的生產(chǎn)成本；另一方面由于茶葉的采摘時間短，而人力采摘的效率較低，嚴重限制了茶葉的產(chǎn)量。因此很多科技人員開始研究自動采茶裝置來解決上述問題?，F(xiàn)有的采茶機按采摘方式不同可分為選擇性采茶機和非選擇性采摘機兩類。如公開號為CN1620848A的發(fā)明專利中公開的自動采茶機，以及公開號為CN102487667A的發(fā)明專利中公開的一種茶葉摘采機器人，均采用視覺檢測技術(shù)定位茶葉并用采摘刀爪進行逐個采摘，是兩種典型的選擇性采摘機，其缺點是生產(chǎn)效率低且對茶園作業(yè)條件的要求高，因此此類選擇性采摘機未獲得大量推廣。另外，公開號為CN203194156U的實用新型專利提供了及一種跨行自走乘坐式采茶機，其為非選擇性采摘機，包括：采茶機構(gòu)、用于收集該采茶機構(gòu)采摘得到的茶葉的茶青收集機構(gòu)、呈“門”形的機架、連接在該機架底部的橡膠履帶式液壓底盤、適于沿著所述機架內(nèi)側(cè)升降的升降架、以及固定在機架上的座椅，其缺點是不能自動調(diào)節(jié)切割器的高度和角度，對茶園的地形及茶樹樹冠的平整度要求高。對于乘坐式采茶機，在采摘過程中，由機采駕駛員控制采茶機行駛于茶隴田埂間，使割刀的水平中心位置基本與茶樹冠中心對齊，無需多加控制。但是由于茶隴兩側(cè)的田地高低不平，及茶樹冠高度和嫩芽長勢的變化，將嚴重影響到茶葉采摘質(zhì)量和采摘效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法，利用計算機視覺檢測技術(shù)判斷割刀相對于茶樹冠的位置，并實時輸出控制信號來自動調(diào)節(jié)割刀位置與角度，使之與茶冠面吻合，提高茶葉采摘質(zhì)量和采摘效率的同時降低采茶機對茶園地形及樹冠平整度的要求。一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法，包括以下步驟：1)在割刀中部劃分兩塊顏色不同且相鄰的標記區(qū)域，分別為標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2；2)對割刀進行成像，使得所拍攝到的圖像中包含有標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2；3)取一幀圖像進行顏色空間轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換后的色調(diào)分量圖像；4)在色調(diào)分量圖像中，對標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2的顏色進行連通域提??；在標記區(qū)域S1內(nèi)的連通域中取包含像素數(shù)量最多的一個連通域記為連通域R，并將對應的像素數(shù)量記為NR1；在標記區(qū)域S2內(nèi)的連通域中取包含像素數(shù)量最多的一個連通域記為連通域B，并將對應的像素數(shù)量記為NB1；并計算得到NC1＝(NR1+NB1)/2；5)相對步驟2)中割刀所處的初始位置，分別改變割刀高度和繞割刀中心旋轉(zhuǎn)割刀角度，取割刀處于這兩個位置狀態(tài)下的兩幀圖像，重復步驟3)和步驟4)，分別得到與每幀圖像對應的NR2和NB2、NR3和NB3，并計算得到NC2＝(NR2+NB2)/2；6)根據(jù)公式計算Theight＝|NC2-NC1|，Tangle＝|NR3-NB3|；其中Theight就是后續(xù)判斷割刀高度是否需要調(diào)整的門限值，Tangle就是后續(xù)判斷割刀角度是否需要調(diào)整的門限值；7)實時采集割刀工作時的圖像，執(zhí)行步驟3)和步驟4)的操作，得到對應的NRn和NBn，并計算得到NCn＝(NRn+NBn)/2；8)將NRn-NBn與Tangle、以及將NCn與Theight進行比較分析，得到割刀高度調(diào)整值Δh和割刀繞中心旋轉(zhuǎn)角度值Δθ。在步驟1)中，所述的標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2呈矩形，標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2分別位于割刀豎直中心線的左右兩側(cè)，且標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2的底部邊界貼近割刀刀口。根據(jù)標記區(qū)域被茶葉遮擋的程度可以判斷出割刀相對于茶樹冠的位置信息。比如，標記區(qū)域S1被遮擋的像素點數(shù)量比標記區(qū)域S2多，可反映出割刀左側(cè)偏低；又比如標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2被遮擋的平均像素數(shù)量大于閾值或小于閾值，可反映出割刀整體高度相對于茶樹冠偏低或偏高。標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2中分別填充顏色Color1與Color2，為了提高后續(xù)對標記區(qū)域的顏色進行連通域提取的精確度，要求兩個顏色的H分量間相差至少為π/2，Color1、Color2與茶葉顏色以及在攝像頭視覺范圍內(nèi)采茶機的其它部分顏色也不相近。同時，所述的標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2的寬度為W，長度為H，W＝η×L，H＝λ×l，其中L為割刀的長度，l為割刀的寬度，系數(shù)η和λ的取值為0.1～0.9，根據(jù)檢測靈敏度可調(diào)。在步驟2)中，對割刀進行成像時，控制割刀中心位于圖像中心，割刀長度剛好填滿整個圖像寬度，并在割刀面上設置平行的上標記線Lineup和下標記線Linedown，使得圖像中茶冠上的嫩芽頂部位于上標記線Lineup和下標記線Linedown之間，線條方向與割刀面水平方向一致，長度也與割刀水平長度L相等，與標記區(qū)域S1和標記區(qū)域S2相交且相交部分不可見。上標記線Lineup和下標記線Linedown的作用是給出一個攝像頭參數(shù)調(diào)節(jié)的標準。所述的上標記線Lineup和下標記線Linedown與標記區(qū)域S1或標記區(qū)域S2的下邊界的距離分別為dup和ddown，其中進一步的，在步驟3)中，對色調(diào)分量圖像進行濾波處理，用來消除圖像中的噪聲；在步驟4)中，采用區(qū)域種子生長法進行連通域提取。在步驟8)中，對NRn-NBn與Tangle和NCn與Theight按下述情況進行比較分析：(1)若滿足條件：-Tangle≤NRn-NBn≤Tangle且-Theight≤NCn-NC1≤Theight，表示割刀的高度和角度都剛好合適，不需要調(diào)整；(2)若滿足條件：-Tangle≤NRn-NBn≤Tangle且NCn-NC1>Theight，表示割刀整體位置偏高，控制割刀下降高度Δh；(3)若滿足條件：-Tangle≤NRn-NBn≤Tangle且NCn-NC1<-Theight，表示割刀整體位置偏低，控制割刀上升高度Δh；(4)若滿足條件：NRn-NBn>Tangle且-Theight≤NCn-NC1≤Theight，則表示割刀整體高度合適，但左側(cè)偏高，控制割刀繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(5)若滿足條件：NRn-NBn>Tangle且NCn-NC1>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏高，控制割刀下降高度Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(6)若滿足條件：NRn-NBn>Tangle且NCn-NC1<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏高，控制割刀上升高度Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(7)若滿足條件：NRn-NBn<-Tangle且-Theight≤NCn-NC1≤Theight，則表示割刀整體高度剛好，但左側(cè)偏低，控制割刀繞中心順時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(8)若滿足條件：NRn-NBn<-Tangle且NCn-NC1>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏低，控制割刀下降高度Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(9)若滿足條件：NRn-NBn<-Tangle且NCn-NC1<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏低，控制割刀上升高度Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)高度Δθ。在上述控制割刀姿態(tài)的過程中，割刀高度可調(diào)的范圍為±h，Δh為每次調(diào)節(jié)高度的增益步長，相對于割刀水平狀態(tài)，割刀角度的可調(diào)范圍為±θ，每次調(diào)節(jié)割刀角度的增益步長為Δθ，Δh和Δθ的數(shù)值可人為設定。進一步的，在步驟7)中，為了消除采摘過程中的抖動效應，在對割刀進行控制之前，利用當前幀圖像中連通域R和連通域B內(nèi)的像素數(shù)量NRn和NBn對NRn'和NBn'按如下方式更新：NRn'＝а×NRn+(1-а)×NR(n-1)'NBn'＝а×NBn+(1-а)×NB(n-1)'其中：NRn'和NBn'分別反映了連通域R和連通域B內(nèi)的像素數(shù)量的短時更新結(jié)果，以減小單幀NRn和NBn的抖動，其初始值分別為NR1和NB1；а為更新因子，取值范圍為0～1，n為圖像序號；并計算NCn'＝(NRn'+NBn')/2。同時，在步驟8)中，利用更新后的NRn'、NBn'和NCn'，按下述情況進行比較分析：(1)若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且-Theight≤NCn'-NC1≤Theight，表示割刀的高度和角度都剛好合適，不需要調(diào)整；(2)若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且NCn'-NC1>Theight，表示割刀整體位置偏高，控制割刀下降高度Δh；(3)若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且NCn'-NC1<-Theight，表示割刀整體位置偏低，控制割刀上升高度Δh；(4)若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且-Theight≤NCn'-NC1≤Theight，則表示割刀整體高度合適，但左側(cè)偏高，控制割刀繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(5)若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且NCn'-NC1>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏高，控制割刀下降高度Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(6)若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且NCn'-NC1<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏高，控制割刀上升高度Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(7)若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且-Theight≤NCn'-NC1≤Theight，則表示割刀整體高度剛好，但左側(cè)偏低，控制割刀繞中心順時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(8)若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且NCn'-NC1>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏低，控制割刀下降高度Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ；(9)若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且NCn'-NC1<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏低，控制割刀上升高度Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)高度Δθ。本發(fā)明的技術(shù)方案中：攝像頭安裝于采茶機正前方，拍攝的是進葉口茶葉采摘情況的視角，在采茶機割刀上預先標定與茶樹顏色顯著不同的且各自顏色也不同的兩個區(qū)域，通過檢測采集圖像中這兩個區(qū)域的像素點個數(shù)，來判定割刀與茶葉樹冠之間的相對位置，并輸出控制信號來自動調(diào)節(jié)割刀位置與角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法具有以下有益效果：1)、解決了割刀位置與角度的自動控制問題，降低了乘坐式采茶機對茶園地形和茶冠平整度的要求，拓寬了采茶機的應用范圍。2)、減少因乘坐人員長時間疲勞作業(yè)引起的割刀位置控制失誤問題，保證采摘的效率和質(zhì)量。3)、適合夜晚和陰雨天氣的采摘任務。4)、只采用視覺檢測方法來實現(xiàn)割刀高度和角度的控制，無需使用傾斜傳感器、位移傳感器和激光測距等檢測手段，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，便于維護。附圖說明圖1為一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)的按鍵單元示意圖。圖3為一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)中攝像機的安裝示意圖。圖4為一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)的割刀正面示意圖。圖5為一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)獲取的圖像示意圖。圖中：1為割刀，2為吸風管，3為茶樹植株，4為攝像頭，5為照明燈，6為采茶機的行進道路，7為區(qū)域S1，8為區(qū)域S2，9為上標記線Lineup，10為下標記線Linedown。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實例來說明本發(fā)明的具體實施方式，應當指出，以下描述的方式只是優(yōu)選方式之一，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以想出其它一些替代實施方式。實施例1、一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)如圖1所示，一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制系統(tǒng)，主要包括：圖像采集單元：主要包括CMOS攝像頭和TVP5150視頻解碼器，其中TVP5150的作用是將視頻信號整理成BT656的視頻流，直接傳輸給DM6437處理器的視頻處理前端VPFE。在攝像頭的正下方設有照明燈，使采摘機適應夜晚和陰雨天氣的采摘。圖像處理單元：完成圖像處理的主處理器為DM6437，其主頻為600MHZ，二級緩存包括32KBRAM/Cache的L1P，48KBRAM+32KBRAM/Cache的L1D，以及128KBRAM/Cache的L2。DM6437處理器擁有64通道增強型DMA控制器EDMA3，支持各種數(shù)據(jù)類型的DMA傳輸；擁有片上視頻輸入輸出接口VPSS，包括視頻處理前端VPFE和視頻處理后端VPBE，分別連接攝像機和顯示設備，非常適合作為單通道視頻處理系統(tǒng)的主處理器。它的主要任務是完成采集圖像的顏色空間轉(zhuǎn)換、圖像濾波、連通域提取以及割刀相對于茶樹冠位置估計?？刂菩盘栞敵鰡卧焊鶕?jù)圖像處理單元得到的割刀相對于茶樹冠位置估計，輸出高度和角度增益信號來控制電機，實現(xiàn)割刀高度和角度的調(diào)節(jié)。1)、高度調(diào)節(jié)信號相對于割刀初始高度，高度可調(diào)的范圍為±h，增益步長為Δh。本例取h＝15cm，Δh＝1cm，調(diào)節(jié)信號共分為30級。每次輸出一個正(負)增益信號，電機就會相應使割刀平臺上升(下降)Δh。2)、角度調(diào)節(jié)信號相對于割刀水平狀態(tài)，割刀角度的可調(diào)范圍為±θ，增益步長為Δθ。本例中分為24級，θ＝60°，Δθ＝5°。每次輸出一個正(負)增益信號，電機就會相應使割刀平臺繞中心點逆(順)時針旋轉(zhuǎn)Δθ。按鍵輸入單元：如圖2所示，主要包括自動模式切換按鍵F1、手動模式切換按鍵F2、割刀高度上升增益按鍵F3、割刀高度下降增益按鍵F4、割刀角度逆時針旋轉(zhuǎn)增益按鍵F5、割刀角度順時針旋轉(zhuǎn)增益按鍵F6、攝像頭焦距放大增益按鍵F7和攝像頭焦距縮小增益按鍵F8。當按下手動模式切換按鍵F2后進入手動控制模式，其上方的LED燈L2點亮，自動模式切換按鍵F1上方的LED燈L1熄滅，此時可以用鍵盤中的其他增益按鍵進行手動控制。例如割刀高度增益按鍵可以控制割刀高度，割刀角度控制按鍵可以控制割刀繞中心旋轉(zhuǎn)角度，焦距控制按鍵可以放大或縮小采集的圖像。手動調(diào)整好這些參數(shù)后再按下自動模式切換按鍵F1進入自動控制模式，其上方的LED燈L1先閃爍后常亮，手動模式切換按鍵F2上方的LED燈L2熄滅。LED燈L1閃爍表示處理器正在初始化割刀高度和角度是否需要調(diào)整的門限值，當燈L1常亮后表示割刀位置已經(jīng)準備就緒，其控制權(quán)完全交給處理器自動控制，此時鍵盤中的增益按鍵則不再起作用。圖像顯示單元：包括標清顯示器，本例中分辨率為720×576。顯示內(nèi)容為進葉口視角的茶葉采摘視頻，在按鍵輸入單元處于手動控制模式下，方便操作人員手動調(diào)整割刀位置，在按鍵輸入單元處于自動控制模式下，方便乘坐人員實時觀測割刀位置及采摘情況。圖1中的復位電路為DM6437處理器提供芯片復位功能，時鐘電路為DM6437處理器提供輸入時鐘。如圖3所示，攝像頭4安裝于采茶機正前方，拍攝的是進葉口茶葉采摘情況的視角，割刀1安裝在采茶機上，采茶機沿行進道路6行走，吸風管2用于收集切割茶樹植株3得到的茶葉。為使采茶機適應夜晚和陰雨天氣的采摘任務，攝像頭4的一側(cè)還安裝有照明燈5，用于在采集圖像時進行補充照明。如圖4所示，割刀上有兩塊相鄰的矩形區(qū)域S17和矩形區(qū)域S28，位于割刀水平方向的中心，且與割刀片相鄰。矩形區(qū)域S1和S2中分別填充顏色Color1與Color2，其中Color1與Color2之間顏色不相近，即要求兩個顏色的H分量間相差至少為π/2，Color1、Color2與茶葉顏色以及在攝像頭視覺范圍內(nèi)采茶機的其它部分顏色也不相近。S1和S2的寬度都為W，長度都為H。通常取W＝η×L，H＝λ×l，其中L為割刀的水平長度，l為割刀平臺的寬度，系數(shù)η和λ的取值范圍都為0.1～0.9，根據(jù)檢測靈敏度可調(diào)。本例中Color1為紅色，Color2為藍色，η＝0.25，λ＝0.5。另外，割刀面上有兩條標記線Lineup9和Linedown10，線條方向與割刀面水平方向一致，長度也與割刀水平長度L相等，與矩形區(qū)域S1和S2相交且相交部分不可見。記標記線Lineup和Linedown與矩形區(qū)域S1和S2下邊界的距離分別為dup和ddown，其中滿足本實施例中取如圖3所示，攝像頭安裝于進葉口前端上方，攝像頭對準進葉口方向，其角度和焦距可調(diào)。手動調(diào)整攝像頭角度與焦距使采集到的圖像達到如下要求：1)、割刀中心位于顯示器中心；2)、割刀長度剛好填滿整個顯示寬度；3)、顯示圖像中茶冠上的大部分嫩芽頂部位于割刀面上的上標記線Lineup和下標記線Linedown之間。調(diào)整好后攝像頭位置與采茶機相對固定。實施例2、一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法，對每個茶隴的處理主要分為以下幾個步驟：步驟一：割刀與攝像頭的初始位置和角度調(diào)整，以及割刀高度和角度是否需要調(diào)整的門限值獲取。每個茶隴開始采摘前需要先手動調(diào)整好割刀的高度和角度，然后根據(jù)顯示圖像的位置調(diào)整好攝像頭的角度和焦距。如圖5所示，調(diào)整割刀高度和角度使得割刀片與嫩芽根部齊高，割刀角度與茶樹冠的長勢一致。調(diào)整攝像頭角度與焦距使采集到的圖像達到如下要求：1)、割刀中心位于顯示器中心；2)、割刀長度剛好填滿整個顯示寬度；3)、顯示圖像中茶冠上的嫩芽頂部位于割刀面上的上標記線Lineup和下標記線Linedown之間。調(diào)整好后攝像頭位置與采茶機車相對固定。調(diào)整過程可在手動模式下通過按鍵單元中的增益按鍵來控制。調(diào)整完畢后再按自動模式切換鍵，此時自動模式切換按鍵F1上方的LED燈L1開始閃爍，手動模式切換按鍵F2上方的LED燈L2熄滅，此時處理器將順序完成如下任務：1)、獲取并保存一幀當前圖像Frame1，將此時的割刀位置稱為割刀初始狀態(tài)。2)、對Frame1進行下述步驟二到步驟四的處理，得到圖像Frame1的NR和NB，記為NR1和NB1，令NC1＝(NR1+NB1)/2。3)、自動調(diào)整割刀上升一個增益高度Δh，獲取并保存新的一幀圖像Frame2。4)、對Frame2進行下述步驟二到步驟四的處理，得到圖像Frame2的NR和NB，記為NR2和NB2，令NC2＝(NR2+NB2)/2。5)、自動調(diào)整割刀下降一個增益高度，割刀位置回到初始狀態(tài)，然后繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)一個增益角度Δθ，保存新的一幀圖像Frame3。6)、對Frame3進行下述步驟二到步驟四的處理，得到圖像Frame3的NR和NB，記為NR3和NB3，令NC3＝(NR3+NB3)/2。7)、自動調(diào)整割刀繞中心順時針旋轉(zhuǎn)一個增益角度，割刀位置回到初始狀態(tài)。8)、計算得Theight＝|NC2-NC1|，Tangle＝|NR3-NB3|，其中Theight就是后續(xù)判斷割刀高度是否需要調(diào)整的門限值，Tangle就是后續(xù)判斷割刀角度是否需要調(diào)整的門限值。以上過程中，保存圖像的時間點是由割刀位置調(diào)整到位后返回完成信號的時刻，采茶機相對地面是靜止的，完成步驟一后，自動模式切換按鍵F1上方的LED燈L1由閃爍狀態(tài)變?yōu)槌Ａ翣顟B(tài)，采茶機才開始沿茶埂方向前行采茶，根據(jù)新采集得到的圖像，重復步驟二到五，直至采摘完整個茶隴。步驟二：取一幀采集圖像進行顏色空間轉(zhuǎn)換。因為需要統(tǒng)計區(qū)域S1和S2的顏色信息來判斷割刀與茶樹冠的位置狀況，而HIS彩色空間模型將亮度分量與色彩信息分開，對于開發(fā)基于彩色描述的圖像處理算法HIS模型是一個理想的工具。因此可先將YUV格式的視頻轉(zhuǎn)化為RGB，再由RGB轉(zhuǎn)換為HIS，轉(zhuǎn)換方法如下：R＝Y(jié)+1.4075×(V-128)G＝Y(jié)-0.3455×(U-128)-0.7169×(V-128)B＝Y(jié)+1.779×(U-128)其中I分量是亮度信息，S分量是飽和度信息，H分量為色調(diào)信息，這里只需要轉(zhuǎn)換色調(diào)H分量，因為單個色調(diào)分量就可以容易地辨別顏色信息，減少了計算量。步驟三：圖像濾波。經(jīng)顏色空間轉(zhuǎn)換后的H分量圖像需要進行平滑處理，用來消除圖像中的噪聲。本例中采用3×3窗中值濾波方法。步驟四：對區(qū)域S1和S2的顏色進行連通域提取。從上至下，從左到右掃描整幅H分量圖像，對區(qū)域S1的顏色Color1進行H分量的連通域提取，所提取的H分量在基準值±π/4范圍內(nèi)，以減少光照條件等因素對處理結(jié)果的影響。然后在所得連通域中取包含像素數(shù)量最多的一個記為連通域R，并將對應的像素數(shù)量記為NR。同樣對區(qū)域S2的顏色進行連通域提取，在所得的連通域中取包含像素數(shù)量最多的一個記為連通域B，并將對應的像素數(shù)量記為NB。本例中區(qū)域S1的紅色H分量基準值為0，區(qū)域S2的藍色H分量基準值為4π/3，連通域提取采用區(qū)域種子生長法。步驟五：在采茶過程中，根據(jù)實時采集的圖像，估計割刀相對于茶樹冠位置估計。根據(jù)計算當前幀圖像的連通域R與B所包含的像素數(shù)量NRn和NBn來估計割刀與茶樹冠的相對位置。為了消除采摘過程中的抖動效應，在對割刀進行控制之前，利用當前幀R和B區(qū)域的像素數(shù)量NRn和NBn對NRn'和NBn'按如下方式更新：NRn'＝а×NRn+(1-а)×NR(n-1)'NBn'＝а×NBn+(1-а)×NB(n-1)'其中NRn'和NBn'分別反映了當前圖像中R和B區(qū)域的像素數(shù)量的短時更新結(jié)果，可以減小單幀NRn和NBn的抖動，其初始值分別為NR1和NB1，а為更新因子，其取值范圍為0～1，本例中取а＝0.5。令NCn'＝(NRn'+NBn')/2，NS＝NC1，那么以下幾種情況分別對應于不同的割刀位置和角度狀態(tài)：(1)、若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且-Theight≤NCn'-NS≤Theight，表示割刀的高度和角度都剛好合適，不需要調(diào)整。(2)、若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且NCn'-NS>Theight，則表示割刀整體位置偏高。此時輸出一個高度負增益信號，控制電機使得割刀下降Δh。(3)、若滿足條件：-Tangle≤NRn'-NBn'≤Tangle且NCn'-NS<-Theight，則表示割刀整體位置偏低。此時輸出一個高度正增益信號，控制電機使得割刀上升Δh。(4)、若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且-Theight≤NCn'-NS≤Theight，則表示割刀整體高度剛好，但左側(cè)偏高。此時輸出一個角度正增益信號，控制電機使得割刀繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)Δθ。(5)、若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且NCn'-NS>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏高。此時輸出一個高度負增益信號和一個角度正增益信號，控制電機使得割刀下降Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)Δθ。(6)、若滿足條件：NRn'-NBn'>Tangle且NCn'-NS<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏高。此時輸出一個高度正增益信號和一個角度正增益信號，控制電機使得割刀上升Δh，并繞中心逆時針旋轉(zhuǎn)Δθ。(7)、若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且-Theight≤NCn'-NS≤Theight，則表示割刀整體高度剛好，但左側(cè)偏低。此時輸出一個角度負增益信號，控制電機使得割刀繞中心順時針旋轉(zhuǎn)Δθ。(8)、若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且NCn'-NS>Theight，則表示割刀整體高度偏高，且左側(cè)偏低。此時輸出一個高度負增益信號和一個角度負增益信號，控制電機使得割刀下降Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)Δθ。(9)、若滿足條件：NRn'-NBn'<-Tangle且NCn'-NS<-Theight，則表示割刀整體高度偏低，且左側(cè)偏低。此時輸出一個高度正增益信號和一個角度負增益信號，控制電機使得割刀上升Δh，并繞中心順時針旋轉(zhuǎn)Δθ。在本發(fā)明中，對割刀的調(diào)整貫穿整個采茶過程，直至采茶作業(yè)停止，根據(jù)地形變化以及茶樹的長勢，自動調(diào)節(jié)割刀的高度和角度，實現(xiàn)對割刀位置的精確控制。