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基于机器视觉的割草系统青草识别研究

艾永平 唐巧兴 王泽杰 莫庆林

艾永平, 唐巧兴, 王泽杰, 莫庆林. 基于机器视觉的割草系统青草识别研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2020, 34(4): 369-374.
引用本文: 艾永平, 唐巧兴, 王泽杰, 莫庆林. 基于机器视觉的割草系统青草识别研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2020, 34(4): 369-374.
AI Yongping, TANG Qiaoxing, WANG Zejie, MO Qinglin. Research on Grass Recognition of Mowing System Based on Machine Vision[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2020, 34(4): 369-374.
Citation: AI Yongping, TANG Qiaoxing, WANG Zejie, MO Qinglin. Research on Grass Recognition of Mowing System Based on Machine Vision[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2020, 34(4): 369-374.

基于机器视觉的割草系统青草识别研究

基金项目: 上海工程技术大学校级大学生科研创新资助项目(CX1905005)
详细信息
    作者简介:

    艾永平(1996−),男,在读本科生,研究方向为计算机应用. E-mail:1490635449@qq.com

    通讯作者:

    王泽杰(1977−),男,副教授,博士,研究方向为人工智能. E-mail:zejiewang@126.com

  • 中图分类号: TP 311.1

Research on Grass Recognition of Mowing System Based on Machine Vision

  • 摘要: 为使割草机系统实现青草识别,规划割草机运动路径并自动进行割草工作,采用单步多框检测器(SSD)目标检测算法和卷积神经网络框架(Caffe)在工作机上训练青草识别模型. 通过树莓派(RPi)拍摄割草场地照片并传送到工作机,工作机计算青草在图片中的坐标值并返回至树莓派,树莓派再根据青草的坐标值自动计算车桥转动角度和后轮电动机运行时间及方向,调动割草机机械部分进行割草作业. 实验结果表明,较之于传统的人工机械割草机或围栏式割草机,训练的青草识别模型能正常识别青草,割草机能较好地自动规划割草路径,具有一定除草效果. 研究结果实现了机器视觉和传统机械的结合,为今后智能机械的研究提供一定思路.
  • 图  1  割草机零件组成

    1—底板;2—刀片;3—前轮转向舵机;4—温度传感器;5—割草电机;6—后轮;7—电池固定架;8—割草电机固定架;9—电池;10—各传感器;11—树莓派;12—面包板;13—摄像头;14—变压器;15—摄像头竖直运动舵机;16—摄像头水平运动舵机;17—搭载板;18—散热风扇;19—前轮车桥;20—Arduino;21—连杆;22—搭载板支撑杆.

    Figure  1.  Components of mower

    图  2  训练青草识别模型流程

    Figure  2.  Training grass identification model flow

    图  3  青草检测样本图

    Figure  3.  Sample graph of grass detection

    图  4  青草检测示意图

    Figure  4.  Sketch map of grass detection

    图  5  割草机总体原理图

    Figure  5.  Schematic diagram of mower

    图  6  割草机实物图

    Figure  6.  Physical picture of mower

    图  7  割草机割草效果图

    Figure  7.  Effect of mower cutting grass

    表  1  检测模型性能对比

    Table  1.   Performance comparison of detection models

    检测算法MapFPS批尺寸Boxes输入归结
    Faster R-CNN(VGG16) 73.2 7 1 6000 1000 × 600
    Fast YOLO 52.7 155 1 98 448 × 448
    YOLO(VGG16) 66.4 21 1 98 448 × 448
    SSD300 74.3 46 1 8732 300 × 300
    SSD512 76.8 19 1 24564 512 × 512
    SSD300 74.3 59 8 8732 300 × 300
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-12
  • 刊出日期:  2020-12-30

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