机器视觉｜配备Chameleon3相机的机器人，被用来修剪西红柿的枯叶？

　　西红柿顶部叶片发黄属于西红柿黄化曲叶子病，需要及时做好田园清洁，轮作换茬。清除西红柿植株叶子是个相对简单的程序，传统上一直是人工从植株茎部下段剪除较老的叶子。但对于商业种植西红柿来说，这个过程需要每周进行一次，以促进西红柿的成熟。那么，该如何省时省力的完成呢？一起来看看荷兰的西红柿种植商与Priva的自动化专家联手，用现代科技创建新的解决方案！

　　机器人代替人工

　　人工剪除西红柿枯叶的过程，不仅效率低，而且成本高，目前已经开发和优化了一种机器人，为西红柿种植商人工除叶提供经济上可行的替代方案。

　　Tomas de Boer博士是Priva负责该系统设计的开发团队内的电子机械设计工程师，据其表示，Kompano Deleaf-Line机器人沿温室内各垄的现有管型轨道前进，其中轨道的两侧按照一定间距布满西红柿植株。机器人装备有视像系统和伸缩式切割臂，连续地从一棵植株移向下一棵植株，确定然后再清除每棵植株的叶子。

　　Kompano Deleaf-Line 机器人在温室中沿着管型轨道移动，温室中种满的西红柿植株，以均匀间隔分布在轨道的两侧

　　机器人设计上的挑战

　　在系统的开发中，Priva的工程师们需要确保基于视像的机器人系统，在商业温室中出现的挑战性环境条件下，在白天和晚上都能持续运行。因此该系统需要能够在其他绿叶的海洋中，识别小叶的叶柄（或将西红柿叶片连接到其茎部的叶梗），并且在各种光照条件下工作，从明亮的阳光或人工光到夜间的完全无光。

　　为了解决这些挑战，研发人员选择围绕一对安装在可移动平台上的立体摄像机，以及一个可伸缩的切割臂构建视觉系统。每台立体摄像机都是由两对Chameleon3摄像机定制而成，这些摄像机配有分辨率为OnSemi 1280 x 1024的Python传感器，可以从每棵西红柿植株的左右两侧捕捉到广阔的视野。

　　                                         机器人的视像系统使用了一对立体摄像头和伸缩式切割臂安装在可移动平台上

　　"为了使每对立体摄像机都能捕捉西红柿植株的可靠图像，而不管温室内的照明条件如何，该系统采用 Xenon频闪灯光，给植株照明。随着闪光灯每两秒发光一次，闪光灯触发立体摄影机，以30微秒的间隔曝光图像。这样每次都能采集一组统一的图像。”de Boer博士说。

　　一旦两个立体摄像机采集到一对图像，它们就通过USB接口传输给运行开源Ubuntu操作系统和Robot操作系统 (ROS) 的电脑上。ROS是一种开源软件框架，由Open Source Robotics Foundation, Inc. (OSRF) 托管，以便在各种平台创建机器人应用程序。

　　机器人工作流程

　　在OpenCV内，Bespoke图像处理功能用于处理来自两组相机的图像，以按照西红柿种植商事先定义的一定高度范围确定西红柿植株叶子的位置。一旦确定叶子的位置，图像处理软件计算其叶柄的确切三维坐标，这需要机械臂末端的效应器来切割。

　　图像处理软件生成的坐标数据传递给机器人操作系统 (ROS)，ROS将数据传输到一组智能伺服驱动系统上，给电机通电，再将伸缩机械臂推动到植株上的正确位置。一旦到达目的地，末端效应器切断叶柄，清除西红柿植株的叶子。

　　                                                           一旦到达目的地，末端效应器切断叶柄，清除叶子

　　因为这对立体感摄影机与机械臂安装在同一平台上，一旦机械臂移动切掉一组特定的叶柄，摄像头也会移动到一个新位置，再从不同的角度捕获下一组植物叶子。

　　"切割操作期间，平行处理这些新图像，以确定该植株在任何后续操作中是否需要清除任何其它叶子。迭代过程继续，直至系统检测该植株不需要清除任何其它叶子。在完成最后的检查后，切割操作停止，机器人沿着轨道移动到温室里的下一个植株"，de Boer博士说道。

　　机器人对企业的意义

　　Kompano Deleaf-Line机器人的开发人员与荷兰西红柿种植财团的成员和合作，以确定该系统的试生产样机。

　　在使用中，除叶机器人被期望能够维护0.75到1公顷的西红柿，这取决于那些茎上的叶子密度。在较大的设施中，种植商可以选择采用多台机器人工作，也可以选择将自动化系统与人工结合起来。

　　据de Boer博士说，西红柿除叶机器人将会是本公司计划为园艺学市场研发的诸多机器人的第一个。这些下一代系统将会自动化其它劳动密集型任务，例如摘取黄瓜之类的蔬菜。