一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)作物監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況 監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，各種農(nóng)作物種植范圍非常廣大，同時(shí)，各種對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行改善 的研究也層出不窮。為了確保農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)，以便提供合理的照顧，對(duì)農(nóng)作物的實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)十分重要，尤其是試驗(yàn)田中的試產(chǎn)農(nóng)作物，更是需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)以便作為實(shí) 驗(yàn)依據(jù)。
[0003] 目前，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，多是通過(guò)工作人員實(shí)地觀(guān)察來(lái)實(shí)現(xiàn)，如此，工作 強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率難以提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情 況監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明提出的一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括株高監(jiān) 測(cè)子系統(tǒng)、倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)；
[0006] 株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)用于獲取包含有高度參照標(biāo)志的農(nóng)作物圖像，并根據(jù)農(nóng)作物頂端 與高度參照標(biāo)志之間的距離判斷農(nóng)作物高度；
[0007] 倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)用于獲取農(nóng)作物圖像，并將農(nóng)作物圖像進(jìn)行灰化處理與二值化處 理，從而根據(jù)圖像紋理判斷農(nóng)作物倒伏區(qū)域，并推算農(nóng)作物倒伏率；
[0008] 葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)與株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接，用于獲取從不少于兩個(gè)角度拍攝 的農(nóng)作物圖像，并通過(guò)RGB顏色分解計(jì)算每一副圖像綠色覆蓋度，然后綜合多個(gè)綠色覆蓋度 計(jì)算綜合覆蓋度，并根據(jù)農(nóng)作物高度和綜合覆蓋度計(jì)算葉面積指數(shù)。
[0009] 優(yōu)選地，還包括綜合評(píng)估模塊，綜合評(píng)估模塊分別與株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、倒伏監(jiān)測(cè)子 系統(tǒng)和葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接，其根據(jù)農(nóng)作物高度、倒伏率和葉面積指數(shù)對(duì)農(nóng)作物的 生長(zhǎng)狀況進(jìn)行評(píng)估。
[0010] 優(yōu)選地，綜合評(píng)估模塊針對(duì)農(nóng)作物不同的生長(zhǎng)階段設(shè)置有多個(gè)分別對(duì)應(yīng)農(nóng)作物高 度、倒伏率和葉面積指數(shù)的閾值，綜合評(píng)估模塊將獲取的農(nóng)作物高度、倒伏率和葉面積指數(shù) 分別與對(duì)應(yīng)的閾值比較，并根據(jù)差值判斷農(nóng)作物生長(zhǎng)情況。
[0011]優(yōu)選地，還包括圖像采集子系統(tǒng)，其包括圖像采集模塊和圖像緩存模塊，圖像采集 模塊用于從多個(gè)角度實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物圖像并發(fā)送到圖像緩存模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，圖像采集模塊 分別與株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接。
[0012] 優(yōu)選地，株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括:高度參照標(biāo)志、圖像處理模塊、映射數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù) 處理模塊；
[0013] 高度參照標(biāo)志包括不少于一個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0014] 圖像處理模塊與圖像緩存模塊連接，其從圖像緩存模塊調(diào)取包含有高度參照標(biāo)志 的農(nóng)作物圖像，并提取待檢測(cè)農(nóng)作物頂端與最接近并高于農(nóng)作物頂端的高度基準(zhǔn)點(diǎn)之間圖 像距離；
[0015] 映射數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部預(yù)設(shè)有距離高度映射集，距離高度映射集中包括多對(duì)參照映射 對(duì)，每一個(gè)參照映射對(duì)中包含一個(gè)距離值和一個(gè)與距離值相對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物高度值，距離值 為農(nóng)作物頂端與高度參照標(biāo)志之間的距離；
[0016] 數(shù)據(jù)處理模塊分別與圖像處理模塊和映射數(shù)據(jù)庫(kù)連接，其根據(jù)圖像距離推斷實(shí)際 距離值，并從距離高度映射集中調(diào)取對(duì)應(yīng)實(shí)際距離值的農(nóng)作物高度值作為目標(biāo)高度值。
[0017] 優(yōu)選地，高任意兩個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)可通過(guò)顏色、長(zhǎng)度或形狀進(jìn)行區(qū)分。
[0018] 優(yōu)選地，倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括包括:灰化處理模塊、高斯模糊模塊、二值化處理模 塊和倒伏計(jì)算模塊;其中，
[0019] 灰化處理模塊用于從圖像緩存模塊獲取農(nóng)作物的原始圖像，并將原始圖像轉(zhuǎn)換成 灰度圖像；
[0020] 高斯模糊模塊中預(yù)設(shè)有一系列的高斯函數(shù)，任意兩個(gè)高斯函數(shù)的松弛參數(shù)σ不同； 高斯模糊模塊與灰化處理模塊連接，其接收灰度圖像，并將灰度圖像分別和每一個(gè)松弛參 數(shù)〇"對(duì)應(yīng)的高斯模糊函數(shù)進(jìn)行卷積預(yù)算，獲得多個(gè)模糊圖像g n;
[0021] 二值化處理模塊與高斯模糊模塊連接，其內(nèi)部預(yù)設(shè)有多個(gè)與模糊圖像gn-一對(duì)應(yīng) 的分界閾值，并用于根據(jù)對(duì)應(yīng)的分界閾值分別對(duì)模糊圖像gn進(jìn)行二值化處理，獲得多個(gè)二 值化圖像gbn;
[0022] 倒伏計(jì)算模塊與二值化處理模塊連接，其內(nèi)部預(yù)設(shè)有第一計(jì)算模型和第二計(jì)算模 型;倒伏計(jì)算模塊將多個(gè)二值化結(jié)果gbn代入第一計(jì)算模型進(jìn)行綜合運(yùn)算，獲得二值化的倒 伏圖像R(x，y)，然后根據(jù)第二計(jì)算模型和倒伏圖像R(x，y)來(lái)計(jì)算倒伏率R rite3。
[0023] 優(yōu)選地，第一計(jì)算模型為：
預(yù)設(shè)常數(shù);第二計(jì)算模型為：
[0024] 優(yōu)選地，葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括RGB分解模塊、綠色覆蓋度計(jì)算模塊和葉面積 指數(shù)計(jì)算模塊；
[0025] RGB分解模塊用于從圖像緩存模塊獲取不少于兩張?jiān)紙D像，任意兩張?jiān)紙D像 的采集角度不同，RGB分解模塊從原始圖像中提取目標(biāo)圖像，并對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行RGB顏色分 解，根據(jù)G值對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行二值化處理，生成二值化圖像；
[0026]綠色覆蓋度計(jì)算模塊與RGB分解模塊連接，其根據(jù)攝影幾何原理，計(jì)算每一副二值 化圖像的綠色覆蓋度Rn，并根據(jù)多個(gè)綠色覆蓋度Rn計(jì)算綜合覆蓋度Rr_lt;
[0027] 葉面積指數(shù)計(jì)算模塊分別與綠色覆蓋度計(jì)算模塊和株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接，其根據(jù) 株高h(yuǎn)和綜合覆蓋度Rrasult判斷目標(biāo)區(qū)域的葉面積指數(shù)BI。
[0028] 本發(fā)明的株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)預(yù)設(shè)高度參照標(biāo)志，獲得農(nóng)作物與高度參照標(biāo)志的 相對(duì)距離，然后根據(jù)相對(duì)距離與實(shí)際農(nóng)作物高度的映射關(guān)系，獲得農(nóng)作物的實(shí)際高度。
[0029] 本發(fā)明的倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)對(duì)原始圖像依次進(jìn)行灰化處理、高斯模糊處理、二值化 處理，然后根據(jù)二值化處理結(jié)果計(jì)算倒伏圖像，并進(jìn)一步計(jì)算倒伏率。通過(guò)自動(dòng)化的圖像分 析方式，有利于提尚精度與效率。
[0030] 本發(fā)明的葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行二值化處理，對(duì)綠色點(diǎn)和偏 綠色點(diǎn)進(jìn)行突出顯示，然后根據(jù)二值化圖像進(jìn)行綠色覆蓋度的計(jì)算，智能化程度高，且，通 過(guò)第一模型的設(shè)置，可以根據(jù)需要對(duì)綠色尤其是偏綠色的定義進(jìn)行調(diào)節(jié)，靈活程度高。本發(fā) 明中，獲得綠色覆蓋度后，結(jié)合多幅圖像的綠色覆蓋度計(jì)算獲得綜合覆蓋度，并根據(jù)綜合覆 蓋度和株高計(jì)算葉面積指數(shù)，充分考慮到了農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中，其葉面積與其高度緊密相 連的關(guān)系，有利于提高葉面積計(jì)算的合理性與準(zhǔn)確性。
[0031] 本發(fā)明通過(guò)遠(yuǎn)程采集圖像，以圖像處理的方式建立一套全自動(dòng)化的檢測(cè)裝置，用 于完成大范圍全時(shí)間段的信息檢測(cè)和記錄任務(wù)，智能的檢測(cè)植物的生物狀態(tài)參數(shù)包括株 高、綠色覆蓋度、葉面積指數(shù)。通過(guò)本發(fā)明可建立一套基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)作物生物狀態(tài)指標(biāo)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)，其自動(dòng)化程度高，不需要人工實(shí)地檢測(cè)，可通過(guò)攝像裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物的生長(zhǎng)情 況，勞動(dòng)輕度低，監(jiān)控范圍廣。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明提出的一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出的一種基于視覺(jué)檢測(cè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包 括圖像采集子系統(tǒng)、株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和綜合評(píng)估 豐旲塊。
[0034]圖像采集子系統(tǒng)包括圖像采集模塊和圖像緩存模塊，圖像采集模塊用于從多個(gè)角 度實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物圖像并發(fā)送到圖像緩存模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，圖像采集模塊分別與株高監(jiān)測(cè)子 系統(tǒng)、倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接。
[0035] 株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)從圖像緩存模塊獲取包含有高度參照標(biāo)志的農(nóng)作物圖像，并根據(jù) 農(nóng)作物頂端與高度參照標(biāo)志之間的距離判斷農(nóng)作物高度。株高監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括:高度參照 標(biāo)志、圖像處理模塊、映射數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)處理模塊。
[0036] 高度參照標(biāo)志包括不少于一個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)，例如，通過(guò)設(shè)置石碑，可在石碑的不同 高度線(xiàn)上刻畫(huà)標(biāo)志線(xiàn)作為高度基準(zhǔn)點(diǎn)。其中，任意兩個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)可通過(guò)顏色、長(zhǎng)度或形狀 進(jìn)行區(qū)分。多個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置，有利于提高高度測(cè)量的精度。
[0037]圖像處理模塊與圖像緩存模塊連接，其從圖像緩存模塊調(diào)取包含有高度參照標(biāo)志 的農(nóng)作物圖像，并提取待檢測(cè)農(nóng)作物頂端與最接近并高于農(nóng)作物頂端的高度基準(zhǔn)點(diǎn)之間圖 像距離。
[0038]映射數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部預(yù)設(shè)有距離高度映射集，距離高度映射集中包括多對(duì)參照映射 對(duì)，每一個(gè)參照映射對(duì)中包含一個(gè)距離值和一個(gè)與距離值相對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物高度值，距離值 為農(nóng)作物頂端與高度參照標(biāo)志之間的距離；
[0039]數(shù)據(jù)處理模塊分別與圖像處理模塊和映射數(shù)據(jù)庫(kù)連接，其根據(jù)圖像距離推斷實(shí)際 距離值，并從距離高度映射集中調(diào)取對(duì)應(yīng)實(shí)際距離值的農(nóng)作物高度值作為目標(biāo)高度值。 [0040]由于任意兩個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)可通過(guò)顏色、長(zhǎng)度或形狀進(jìn)行區(qū)分，故而，可以清晰地獲 知每一個(gè)高度基準(zhǔn)點(diǎn)指示的高度。通過(guò)獲取最接近并高于農(nóng)作物頂端的高度基準(zhǔn)點(diǎn)之間圖 像距離，可避免由于高度基準(zhǔn)點(diǎn)被農(nóng)作物遮蓋時(shí)導(dǎo)致的不可用性，又可以避免農(nóng)作物較矮 時(shí)由于距離高度基準(zhǔn)點(diǎn)的距離較大，從而放大誤差。
[0041]本實(shí)施方式中，在距離高度映射集中搜索與實(shí)際距離值的差值不大于預(yù)設(shè)浮動(dòng)值 的距離值作為目標(biāo)距離值。預(yù)設(shè)浮動(dòng)值越小，越有利于提高計(jì)算精度，具體地，預(yù)設(shè)浮動(dòng)值 可小于或等于1〇_，本實(shí)施方式中，預(yù)設(shè)浮動(dòng)值為零。預(yù)設(shè)浮動(dòng)值的設(shè)置有利于減小距離高 度映射集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力。
[0042]倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)用于獲取農(nóng)作物圖像，并將農(nóng)作物圖像進(jìn)行灰化處理與二值化處 理，從而根據(jù)圖像紋理判斷農(nóng)作物倒伏區(qū)域，并推算農(nóng)作物倒伏率。
[0043]倒伏監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括包括:灰化處理模塊、高斯模糊模塊、二值化處理模塊和倒伏 計(jì)算模塊。
[0044] 灰化處理模塊用于從圖像緩存模塊獲取至少一副農(nóng)作物的原始圖像，并將原始圖 像轉(zhuǎn)換成灰度圖像。
[0045] 高斯模糊模塊中預(yù)設(shè)有一系列的高斯函數(shù)，任意兩個(gè)高斯函數(shù)的松弛參數(shù)〇不同。
[0046]
，是一種常用的圖像處理函數(shù)，松弛 參數(shù)σ決定了二維高斯函數(shù)的形狀。本實(shí)施方式中，多個(gè)松弛參數(shù)ση的選取滿(mǎn)足以下原則：
[0047] 〇n=2〇n-i = 22〇n-2=......= 2"〇。，其中 0。為常數(shù)。
[0048] 本實(shí)施方式中，首先根據(jù)成像倍率的大小和實(shí)際圖像選取松弛參數(shù)然后根據(jù)〇0 和以上公式依次獲得σι、〇2、σ3......〇n-：L、On，并依次將0^02^3......〇 n-：L、On代入高斯函數(shù)中的 σ，獲得一系列的高斯函數(shù)。具體實(shí)施時(shí)，也可以選擇〇〇=1。
[0049]