專利名稱：基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精準農(nóng)業(yè)和機器視覺領(lǐng)域，具體地講是一種基于嵌入式雙相機平臺的無線油桃果實生長速率監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，精確監(jiān)測作物生長速率是發(fā)展精準農(nóng)業(yè)的一個關(guān)鍵問題，也是智能溫室生產(chǎn)的重要關(guān)鍵技術(shù)，因為溫室自動控制是根據(jù)實際的作物長勢，綜合考慮各種環(huán)境因子的復合作用效果，人工控制栽培條件，以實現(xiàn)全周年的管理與生產(chǎn)。通過作物長勢監(jiān)測，可及時了解作物的生長狀況、肥力、病蟲害及作物營養(yǎng)狀況，便于采取各種管理措施。利用機器視覺技術(shù)對作物生長進行監(jiān)測具有無損、快速、實時等特點，它不僅可以檢測溫室內(nèi)作物的葉片面積、葉片周長、徑桿直徑、葉柄夾角等外部生長參數(shù)，還可以根據(jù)果實表面顏色以及果實大小判別其成長速率，成熟度以及作物缺水施肥等情況。將嵌入式運用于機器視覺控制系統(tǒng)中已成為一種必然趨勢，在嵌入式系統(tǒng)上實現(xiàn)實時視覺圖像采集、視覺圖像及控制， 具有構(gòu)成處理速度快，成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶和安裝等優(yōu)點。油桃是桃類的一個改良品種，由于其著色好、單果重、口感佳、光滑無毛，外觀美麗、品質(zhì)優(yōu)良，上世紀八十年代末開始在世界范圍內(nèi)推廣。但該水果對氣候、土壤的特殊要求，使推廣范圍受到較大限制。溫室油桃不受地域限制，開始在多地進行推廣種植，但生產(chǎn)管理水平普遍自動化程度不高。本發(fā)明設(shè)計的“基于嵌入式雙相機平臺的無線溫室油桃果實生長速率監(jiān)測系統(tǒng)”將提高溫室油桃的生產(chǎn)管理效率，并有力推動油桃溫室栽培技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前油桃的生產(chǎn)管理水平普遍自動化程度不高的問題，提出一種基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的“基于嵌入式雙相機平臺的無線溫室油桃果實生長速率監(jiān)測系統(tǒng)”采用兩臺USB相機配合嵌入式技術(shù)和3G無線傳輸技術(shù)，對溫室油桃果實生長實施遠程實時監(jiān)測，解決檢測果實生長速率過程中數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)遠程傳送方面的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，它包括雙相機模塊、雙核處理器和遠程服務(wù)器，所述的雙核處理器包括ARM模塊和DSP模塊，雙相機模塊作為監(jiān)測系統(tǒng)的信號輸入用于油桃的果實圖像采集，雙相機模塊的信號輸出端與 ARM模塊的圖像信號輸入端相連，ARM模塊與DSP模塊雙向連接，DSP模塊用于處理圖像數(shù)據(jù)，提取油桃果實體積，ARM模塊通過3G通信模塊與遠程服務(wù)器進行通信。本發(fā)明的雙相機模塊和由ARM模塊、DSP模塊構(gòu)成的雙核處理器由太陽能電池板供電。
本發(fā)明的雙相機模塊包括兩臺USB相機，兩臺相機USB相機的鏡頭視線與果實圖像的中心點的夾角為30° -60°，優(yōu)選45°。本發(fā)明的雙相機模塊對目標果實進行拍攝時，在果實后方放置一個與拍攝平面垂直的黑色幕布。本發(fā)明的雙核處理器包括多個USB接口、ARM模塊、數(shù)據(jù)緩沖單元和DSP模塊，所述的ARM模塊通過HUB多端口轉(zhuǎn)發(fā)器連接多個USB接口，通過USB接口與雙相機模塊相連， 接收圖像數(shù)據(jù)，ARM模塊通過HPI接口連接數(shù)據(jù)緩沖單元的一信號收發(fā)端，數(shù)據(jù)緩沖單元的另一信號收發(fā)端通過HPI接口連接DSP模塊。本發(fā)明的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，包括以下步驟(1)對油桃果實的進行圖像平滑和圖像增強；(2)采用大津法進行圖像背景分割；(3)區(qū)域標記法求取最大連通區(qū)域；(4)通過圓臺法計算果實體積，得到最終的體積計算模型。本發(fā)明的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，還包括通過實驗室排水法對體積計算模型進行擬合校驗的步驟。本發(fā)明的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，具體包括以下步驟(I)、圖像平滑，通過中值濾波實現(xiàn)，具體過程是采用的3*3的8鄰域濾波窗口，將窗口在圖像中遍歷，并將窗口中心與圖像的任一像素對應(yīng)，讀取窗口所包含的圖像像素灰度值，將這9個灰度值進行大小排序，取灰度大小位于中間的值作為窗口的輸出，并將其賦予窗口中心的像素,做為該像素濾波后的灰度值，完成中值濾波；(2)、圖像增強，通過線性灰度變換法實現(xiàn)，具體過程是將平滑后的圖像f(x，y) 變換至圖像g(x，y)，灰度范圍由[a，b]擴展至[c，d]，則線性變換為

權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括雙相機模塊、雙核處理器和遠程服務(wù)器，所述的雙核處理器包括ARM模塊和DSP模塊，雙相機模塊作為監(jiān)測系統(tǒng)的信號輸入用于油桃的果實圖像采集，雙相機模塊的信號輸出端與ARM模塊的圖像信號輸入端相連，ARM模塊與DSP模塊雙向連接，DSP模塊用于處理圖像數(shù)據(jù)，提取油桃果實體積，ARM模塊通過3G通信模塊與遠程服務(wù)器進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的雙相機模塊和由ARM模塊、DSP模塊構(gòu)成的雙核處理器由太陽能電池板供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的雙相機模塊包括兩臺USB相機，兩臺相機USB相機的鏡頭視線與果實圖像的中心點的夾角為30° -60°，優(yōu)選45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的雙相機模塊對目標果實進行拍攝時，在果實后方放置一個與拍攝平面垂直的黑色幕布。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的雙核處理器包括多個USB接口、ARM模塊、數(shù)據(jù)緩沖單元和DSP模 ±夾，所述的ARM模塊通過HUB多端口轉(zhuǎn)發(fā)器連接多個USB接口，通過USB接口與雙相機模塊相連，接收圖像數(shù)據(jù)，ARM模塊通過HPI接口連接數(shù)據(jù)緩沖單元的一信號收發(fā)端，數(shù)據(jù)緩沖單元的另一信號收發(fā)端通過HPI接口連接DSP模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，包括以下步驟 (I)對油桃果實的進行圖像平滑和圖像增強；(2)采用大津法進行圖像背景分割；(3)區(qū)域標記法求取最大連通區(qū)域；(4)通過圓臺法計算果實體積，得到最終的體積計算模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，還包括通過實驗室排水法對體積計算模型進行擬合校驗的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述的DSP模塊對油桃果實的圖像進行處理，具體包括以下步驟(1)、圖像平滑，通過中值濾波實現(xiàn)，具體過程是采用的3*3的8鄰域濾波窗口，將窗口在圖像中遍歷，并將窗口中心與圖像的任一像素對應(yīng)，讀取窗口所包含的圖像像素灰度值， 將這9個灰度值進行大小排序，取灰度大小位于中間的值作為窗口的輸出，并將其賦予窗口中心的像素，做為該像素濾波后的灰度值，完成中值濾波；(2)、圖像增強，通過線性灰度變換法實現(xiàn)，具體過程是將平滑后的圖像f(x，y)變換至圖像g(x，y)，灰度范圍由[a, b]擴展至[c, d],則線性變換為g{x, y) = ^~- * /U，y) + c D - a其中，C，d分別取0和255。(3)、圖像背景分割，采用大津法進行圖像背景分割，具體過程是對于平滑、增強處理后的圖像，其像素數(shù)為N，灰度范圍取為
，在灰度級K處將灰度數(shù)據(jù)分成兩組C。=
和
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它還包括步驟(6)、擬合校驗根據(jù)圓臺法得到果實體積后，建立果實生長的體積預測模型，通過實驗室排水法獲取目標果實的準確體積，建立基于實驗數(shù)據(jù)的果實體積模型，定期對圓臺法算得的數(shù)據(jù)進行擬合校驗，如果圓臺法算得的數(shù)據(jù)與排水法獲取的數(shù)據(jù)一致，則校驗通過，確定圓臺法得到的體積預測模型正確，得到體積測定結(jié)果；如果圓臺法算得的數(shù)據(jù)與排水法獲取的數(shù)據(jù)不一致，則校驗不通過，修正圓臺法得到的體積預測模型，重新擬合校驗步驟直到圓臺法算得的數(shù)據(jù)與排水法獲取的數(shù)據(jù)一致，校驗通過。
全文摘要
一種基于嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括雙相機模塊、雙核處理器和遠程服務(wù)器，所述的雙核處理器包括ARM模塊和DSP模塊，雙相機模塊作為監(jiān)測系統(tǒng)的信號輸入用于油桃的果實圖像采集，雙相機模塊的信號輸出端與ARM模塊的圖像信號輸入端相連，ARM模塊與DSP模塊雙向連接，DSP模塊用于處理圖像數(shù)據(jù)，提取油桃果實體積，ARM模塊通過3G通信模塊與遠程服務(wù)器進行通信。本發(fā)明采用兩臺USB相機配合嵌入式技術(shù)和3G無線傳輸技術(shù)，對溫室油桃果實生長實施遠程實時監(jiān)測，解決檢測果實生長速率過程中數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)遠程傳送方面的問題。
文檔編號G01P3/68GK102608349SQ20121004054
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者劉政, 劉永華, 劉龍申, 孫玉文, 張陽, 施國杰, 沈明霞, 熊迎軍, 路順濤, 陸明洲, 陳林鋒 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學