本发明专利技术涉及一种双孢菇群分类方法及双孢菇自动采摘策略，其解决了现有双孢菇自动采摘过程中，由于双孢菇密集、压叠特点导致采摘损伤率大，采摘难度大的技术问题；其主要包括以下步骤：第一步，通过视觉系统获取双孢菇的图像；第二步，基于密度指标的分簇算法将图像中的全体双孢菇划分为簇，分簇过程中滤出的离散双孢菇归类为分散菇群；第三步，通过基于重叠率指标的归类算法将分簇后的双孢菇群分为三类，平均重叠率超过预先设定的阈值的双孢菇群归类为重叠菇群，平均重叠率低于预先设定的阈值但平均重叠率大于0的双孢菇群归类为密集菇群，平均重叠率为0的双孢菇群归为分散菇群。平均重叠率为0的双孢菇群归为分散菇群。平均重叠率为0的双孢菇群归为分散菇群。
【技术实现步骤摘要】
双孢菇群分类方法及双孢菇自动采摘策略
[0001]本专利技术涉及双孢菇自动采摘
，具体而言，涉及一种基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法及双孢菇自动采摘策略。
技术介绍
[0002]双孢菇(学名：Agaricus bisporus)是一种常见食用菌，双孢菇具有极高的营养、药用价值，可被加工成各种食品、保健品，甚至是药品，经济价值十分可观。
[0003]目前，双孢菇栽培已经实现了工厂化大规模生产，工厂化菇房内需要安装升温、降温、通风换气和增湿设备等，对温湿度、通气和光照等条件可以实现自动化或半自动化的控制，生产不受季节限制，可以天天出菇，周年生产，产量高，效益好。工厂化菇房一般长20～30米、宽6～10米、高5～6米，房内可顺菇房的长度方向设置2～4列多层床架。床架多用金属结构型材制作，床宽1～1.6米，层数5～6层，层间距50～70厘米，床架最下一层和地面的距离约30厘米，最上一层距屋顶1米以上。床架之间的通道宽80～100厘米，床架和墙壁之间的通道宽40～80厘米。
[0004]双孢菇生长成熟后，通过自动采摘机器人进行自动采摘收获，节省人力，提高效率，降低成本。参考授权公告号为CN212279177U，名称为“一种自动采摘机器人”的技术专利，以及申请公布号为CN 113940239A，名称为“智能采摘系统”的专利技术申请，自动采摘的主要工作过程是，吸盘竖直向下运动至双孢菇的菌盖位置，再吸住菌盖，然后吸盘转动一定角度扭一下，最后吸盘竖直向上运动完成摘取。
[0005]然而，双孢菇菌落的生长随机性大，双孢菇具有独特的生长特性，一方面是群体生长，双孢菇以菌丝体的形式存在，菌丝体可以相互连接形成庞大的群体，在合适的环境下，双孢菇菌丝体会迅速繁殖扩散，形成密集的菌丝网络，菌丝体相互交织并紧密贴附在一起，形成交错、重叠生长的状态；另一方面，产孢特性，在适宜的环境下，双孢菇能够迅速产生大量的子实体，从而实现种群的快速扩散。上述生长特性决定了双孢菇群会形成紧密的群体生长状态(即双孢菇群成簇生长)，双孢菇群的大小、形状、密集程度多种多样，相邻蘑菇之间存在互相压叠现象，可见，双孢菇密集、压叠的特点增加了自动采摘难度，主要体现在以下几方面：
[0006](1)如果按照采摘总路径最短或采摘时间最短确定采摘策略，得出的采摘顺序有两种，参考图13，第一种采摘顺序是1
→2→3→
4，但是就会出现采摘1号时吸盘碰到2号并对2号造成损伤的情况，采摘3号时吸盘碰到4号并对4号造成损伤的情况；第二种采摘顺序是4
→3→2→
1，但是就会出现采摘3号时吸盘碰到2号并对2号造成损伤的情况。可见，采摘损伤率较大。
[0007](2)如果按照先采摘处于中心区域的双孢菇的采摘策略，由于双孢菇紧促生长，中心区域的双孢菇受到周围双孢菇的挤压，摩擦力增大，吸盘采摘时若采用常规负压值，会导致双孢菇无法吸取成功，若输出超过标准值的负压值，容易导致菌盖表面受损。参考图14，在该双孢菇群中，若先采摘6号双孢菇，需要克服其周围6个双孢菇的摩擦力，采摘难度极
大，若从边缘的1号双孢菇开始采摘，只需要克服其周围3个双孢菇的摩擦力。
技术实现思路
[0008]本专利技术就是为了解决现有双孢菇自动采摘过程中，由于双孢菇密集、压叠特点导致采摘损伤率大，采摘难度大的技术问题，提供一种基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法及双孢菇自动采摘策略。
[0009]本专利技术提供一种基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法，包括以下步骤：
[0010]第一步，通过视觉系统获取双孢菇的图像；
[0011]第二步，基于密度指标的分簇算法将图像中的全体双孢菇划分为簇，分簇过程中滤出的离散双孢菇归类为分散菇群；
[0012]第三步，通过基于重叠率指标的归类算法将分簇后的双孢菇群分为三类，平均重叠率超过预先设定的阈值的双孢菇群归类为重叠菇群，平均重叠率低于预先设定的阈值但平均重叠率大于0的双孢菇群归类为密集菇群，平均重叠率为0的双孢菇群归为分散菇群。
[0013]优选地，第二步的过程是：
[0014]通过DBSCAN聚类算法将图像中的全体双孢菇划分为簇：
[0015]步骤S201，数据集中存储双孢菇xy位置信息，格式如下：
[0016]x1，y1
[0017]x2，y2
[0018]………
[0019]步骤S202，生成集合M，包括所有双孢菇，随机选择一个未被访问过的数据点P；
[0020]步骤S203，判断P是否为核心对象，若是，进入步骤S204；若不是，P点标记为噪音点；
[0021]步骤S204，找出以P为中心，半径为ε内的所有数据点，将边界点加入簇A；
[0022]步骤S205，保留距离P最近的MinPts个核心点，将这MinPts个点加入当前簇A，取MinPts个点中距P点最远点到P的距离α，之后用α代替ε作为邻域半经进行筛选；
[0023]步骤S206，簇A中是否有未访问的核心点，如果是则返回步骤S204；也就是说以当前簇A中的其他核心点为圆心进行扩散搜索，重复步骤S204、S205；
[0024]步骤S207，当前簇中的所有点都被访问过，或没有点满足MinPts要求时，结束该簇的生长，返回步骤S202继续寻找新的核心对象。
[0025]步骤S208，直到所有的数据点都被访问过为止，聚类过程结束。
[0026]优选地，第三步的过程是：
[0027]步骤(1)，对分簇后N个菇群的每一个双孢菇群进行遍历；
[0028]步骤(2)，在该双孢菇群内检测是否存在重叠的双孢菇，若存在重叠，则进行步骤(3)，不存在重叠则将该双孢菇群归类为分散菇群；
[0029]步骤(3)，采用数学几何方法对双孢菇进行重叠面积计算，根据双孢菇的位置与尺寸信息，进行数学建模，左边的圆代表一个双孢菇，右边的圆代表一个双孢菇，右边圆位于左边圆的上方；采用余弦定理(a2＝b2+c2‑
2bc(cosA))计算两圆心处的夹角α1、α2，然后通过扇形面积计算公式S＝1/2sinB*ac计算左边圆的扇形面积S1，计算出右边圆的扇形面积S2，再然后通过海伦公式A＝sqrt(p(p
‑
a)(p
‑
b)(p
‑
c))计算出左边圆中三角形的面积A1，计算
出右边圆中三角形的面积A2，最后通过公式(S1‑
A1)+(S2‑
A2)计算出两圆相交面积，即两个双孢菇相交面积；
[0030]步骤(4)，计算双孢菇个体的重叠率，双孢菇m遮挡住双孢菇n，即双孢菇m位于双孢菇n上方时，双孢菇m个体的重叠率计算公式如下：
[0031][0032]上式中，C
m
表示双孢菇m个体的重叠率，S
mn
表示双孢菇m、n的相交面积，S
m
表示双孢菇m的面积；
[0033]步骤(5)，通过以下公式计算菇群的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法，其特征是，包括以下步骤：第一步，通过视觉系统获取双孢菇的图像；第二步，基于密度指标的分簇算法将图像中的全体双孢菇划分为簇，分簇过程中滤出的离散双孢菇归类为分散菇群；第三步，通过基于重叠率指标的归类算法将分簇后的双孢菇群分为三类，平均重叠率超过预先设定的阈值的双孢菇群归类为重叠菇群，平均重叠率低于预先设定的阈值但平均重叠率大于0的双孢菇群归类为密集菇群，平均重叠率为0的双孢菇群归为分散菇群。2.根据权利要求1所述的基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法，其特征在于，所述第二步的过程是：通过DBSCAN聚类算法将图像中的全体双孢菇划分为簇：步骤S201，数据集中存储双孢菇xy位置信息，格式如下：x1，y1x2，y2
………
步骤S202，生成集合M，包括所有双孢菇，随机选择一个未被访问过的数据点P；步骤S203，判断P是否为核心对象，若是，进入步骤S204；若不是，P点标记为噪音点；步骤S204，找出以P为中心，半径为ε内的所有数据点，将边界点加入簇A；步骤S205，保留距离P最近的MinPts个核心点，将这MinPts个点加入当前簇A，取MinPts个点中距P点最远点到P的距离α，之后用α代替ε作为邻域半经进行筛选；步骤S206，簇A中是否有未访问的核心点，如果是则返回步骤S204；也就是说以当前簇A中的其他核心点为圆心进行扩散搜索，重复步骤S204、S205；步骤S207，当前簇中的所有点都被访问过，或没有点满足MinPts要求时，结束该簇的生长，返回步骤S202继续寻找新的核心对象。步骤S208，直到所有的数据点都被访问过为止，聚类过程结束。3.根据权利要求1或2所述的基于重叠率和密度的双孢菇群分类方法，其特征是，所述第三步的过程是：步骤(1)，对分簇后N个菇群的每一个双孢菇群进行遍历；步骤(2)，在该双孢菇群内检测是否存在重叠的双孢菇，若存在重叠，则进行步骤(3)，不存在重叠则将该双孢菇群归类为分散菇群；步骤(3)，采用数学几何方法对双孢菇进行重叠面积计算，根据双孢菇的位置与尺寸信息，进行数学建模，左边的圆代表一个双孢菇，右边的圆代表一个双孢菇，右边圆位于左边圆的上方；采用余弦定理(a2＝b2+c2‑
2bc(cosA))计算两圆心处的夹角α1、α2，然后通过扇形面积计算公式S＝1/2sinB*ac计算左边圆的扇形面积S1，计算出右...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟鸣，韩瑞青，刘亚欣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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