现代农业发展技术逐渐迈入到以高新技术应用为主的研究阶段,农业生产的关键是如何获得高产量作物,这对作物幼苗初期的生理参数提出一定要求。移栽作业是育苗生产系统的关键环节之一,移栽时需要对幼苗叶片的生理状态进行监视,从而判断幼苗是否能够满足移栽要求。基于机器视觉的识别技术可以判断出穴孔中作物不健康苗、无苗等生理信息,为反馈执行装置提供一定的技术基础,对提高幼苗的移栽效率具有重要意义。本文在成都市科技厅农业研发项目(2015-NY02-00285-NC)资助下,研究多叶类幼苗在穴盘框架、肥料杂质、幼苗越界等大背景条件下的健康识别处理和补苗路径规划。针对图像滤波方面,提出一种改进的迭代中值滤波算法,来排除噪声对图像的干扰。针对幼苗叶片越界现象,改进单连通域算法的搜索半径,以提高幼苗健康状况的识别准确性。采用三种智能优化算法对不同规格穴盘的补苗路径进行建模和仿真,提出一种基于粒子群算法的补苗路径规划策略来提高补栽作业实时性。主要的研究内容如下:1.介绍移栽视觉系统原理,对光照系统、工业相机、图像采集卡和图形处理计算机等硬件部分进行选型,对图像处理编程平台及计算机图像视觉库进行安装和配置,搭建移栽视觉系统。设定低门限阈值为65的Canny算子对穴盘图像进行边缘检测,利用Hough变换对轮廓的直线进行提取,计算水平方向倾斜角θ,建立穴盘倾斜的校正模型,利用投影法对穴盘的关键区域图像进行提取。2.通过相机成像坐标系之间的空间转换理论,分析并建立视觉系统的内参数、外参数以及畸变系数求解模型,以张正友标定算法理论为基础,制作特定的棋盘格标定模板,并进行标定实验,得到视觉系统的参数矩阵和畸变系数。3.分析RGB空间模型得到最佳灰度化因子1.8G-B-R,对幼苗穴盘图像进行灰度增强处理。提出一种改进的迭代中值滤波算法,排除噪声对图像的干扰,提高图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)参数。根据图像灰度级分布规律,运用Otus分割算法确定最佳分割阈值T′。采用0-255-0型双固定阈值法与投影法对穴盘框架进行识别。针对幼苗叶片越界问题,提出一种改进的单连通域算法对幼苗叶片像素及面积进行提取,并与传统图像比例法进行对比。设定叶面积判别阈值为50mm~2,对健康苗、不健康苗和缺苗进行识别,根据面积结果对识别准确率进行分析。4.建立补栽作业时目标穴盘与补苗穴盘的空间布局,分析穴盘中幼苗的坐标位置,并对穴盘进行矩阵化处理。基于商旅问题(TSP)理论对补苗路径进行分析和建模。针对常见的50孔、72孔和128孔规格穴盘,采用固定次序法、粒子群算法、遗传算法和贪心算法作为四种补栽策略方案,对不同规格穴盘的补苗路径进行规划和仿真。根据仿真结果数据,对四种不同规划策略的补栽总路径长度、优化效率和运行时间进行分析和讨论。提出一种基于粒子群算法策略的补苗路径规划方案,以满足补栽作业的实时性要求。