導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)方法及裝置，包括導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架的上端布置有移動(dòng)平臺(tái)面，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架的兩側(cè)分別安裝有步進(jìn)電機(jī)；所述移動(dòng)平臺(tái)面的上端面上固定有T型架，所述T形架上設(shè)有第一電控云臺(tái)，第一高光譜成像儀，第二電控云臺(tái)，第二高光譜成像儀，本發(fā)明采用導(dǎo)軌移動(dòng)式的自動(dòng)巡航檢測(cè)平臺(tái)，通過雙位高光譜同步成像裝置，按照設(shè)定時(shí)間依次對(duì)每株番茄的俯視位和主視位進(jìn)行掃描成像，實(shí)現(xiàn)自主巡航監(jiān)測(cè)?？梢酝将@取番茄植株的主視和俯視高光譜數(shù)據(jù)，信息獲取量豐富，能夠更全面、精確地把握番茄植株的長勢(shì)信息，進(jìn)行水肥管理和環(huán)境調(diào)控。
【專利說明】導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)林生命信息探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于機(jī)器視覺技術(shù)檢測(cè)設(shè)施作物生長信息的方法及裝置，特指一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]番茄是我國溫室栽培的主要蔬菜作物之一。在設(shè)施生產(chǎn)過程中，番茄的長勢(shì)信息是種植管理的關(guān)鍵信息，是生長狀態(tài)評(píng)價(jià)，進(jìn)行科學(xué)水肥管理和產(chǎn)量預(yù)估的重要依據(jù)。目前，番茄長勢(shì)的檢測(cè)方法研究多采用人工方法，在取樣、測(cè)定、數(shù)據(jù)分析等方面需要耗費(fèi)大量的人力、物力，時(shí)效性差，有些取樣和測(cè)試手段還會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生破壞，直接影響番茄的正常生長。無損檢測(cè)技術(shù)能夠在不破壞植物組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用高光譜和視覺圖像等非接觸的手段對(duì)作物的生長狀況進(jìn)行非接觸監(jiān)測(cè)。這種方法可以迅速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化、非破壞性的對(duì)番茄長勢(shì)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是實(shí)施精確農(nóng)業(yè)迫切需要的高新技術(shù)。
[0003]作物長勢(shì)的無損監(jiān)測(cè)方面的研究主要集中在高光譜遙感和計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)等方面。在高光譜遙感檢測(cè)方面，申請(qǐng)?zhí)枮?00610097576]的發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種嵌入式農(nóng)業(yè)植物生長狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀及其工作方法，可以對(duì)作物生長的環(huán)境溫濕度、莖粗、株高、土壤粘度和酸堿度進(jìn)行探測(cè)；申請(qǐng)?zhí)枮?00410014648.0的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種用于農(nóng)作物生長監(jiān)測(cè)及營養(yǎng)施肥處方生成裝置和方法，該發(fā)明采用攝像機(jī)來獲取作物的莖、葉、花、果、皮圖像信息，利用營養(yǎng)成分檢測(cè)儀獲取農(nóng)作物和土壤營養(yǎng)信息進(jìn)行檢測(cè)。在作物長勢(shì)信息獲取方面，光譜遙感主要通過近地或衛(wèi)星遙感獲取植被指數(shù)等參數(shù)，進(jìn)行大面積的大田作物的長勢(shì)監(jiān)測(cè)，無法應(yīng)用于設(shè)施環(huán)境條件下的番茄植株及各器官的長勢(shì)檢測(cè)；視覺圖像檢測(cè)方面的研究大多采用工業(yè)成像設(shè)備和普通相機(jī)獲取作物生長狀態(tài)信息，由于采集的僅是可見光合成圖像信息，因此難以對(duì)植株長勢(shì)信息進(jìn)行精確的獲取和分析，且獲取的信息存在片面性，設(shè)施作物長勢(shì)往往是莖粗、株高、特征葉長、果實(shí)形態(tài)、果實(shí)生長速率、植株生長速率等多種指標(biāo)的綜合表現(xiàn)，且在不同環(huán)境和生長階段的表征不同，傳統(tǒng)的視覺圖像檢測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)番茄長勢(shì)信息的全面綜合的監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置由于其自身的局限性，不能滿足現(xiàn)代化設(shè)施規(guī)模生產(chǎn)過程中，對(duì)作物生長信息進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)精確動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種采用導(dǎo)軌移動(dòng)式的自動(dòng)巡航檢測(cè)平臺(tái)，可以在主視和俯視兩個(gè)采集位同步獲取番茄植株的主視和俯視高光譜數(shù)據(jù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置，包括導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架的上端布置有移動(dòng)平臺(tái)面，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架的兩側(cè)分別安裝有步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上安裝有齒輪，所述移動(dòng)平臺(tái)面的下端面上設(shè)置有齒條，所述步進(jìn)電機(jī)與所述移動(dòng)平臺(tái)面之間通過齒輪齒條進(jìn)行傳動(dòng)；所述移動(dòng)平臺(tái)面的上端面上固定有T型架，所述T形架的立柱中部設(shè)有第一電控云臺(tái)，所述第一電控云臺(tái)上安裝有第一高光譜成像儀，所述T形架的懸臂末端設(shè)有第二電控云臺(tái)，所述第二電控云臺(tái)上安裝有第二高光譜成像儀，所述第一電控云臺(tái)、所述第二電控云臺(tái)、所述第一高光譜成像儀和所述第二高光譜成像儀分別與計(jì)算機(jī)連接；所述步進(jìn)電機(jī)通過平臺(tái)控制器與計(jì)算機(jī)連接。
[0006]進(jìn)一步地，所述T形架的材質(zhì)為輕質(zhì)鋁合金，所述T形架固定在移動(dòng)平臺(tái)面的幾何中心位置，所述T形架立柱高度為1.3m，所述T形架懸臂總長為1.2m。
[0007]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架長6m、寬0.5m、高0.7m。
[0008]本發(fā)明還提供了利用導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟:
A調(diào)整T形架和第二電控云臺(tái)，使俯視視場(chǎng)的第二高光譜成像儀的視場(chǎng)中心對(duì)準(zhǔn)番茄植株的行中心位置；調(diào)整T形架和第一電控云臺(tái)，使主視視場(chǎng)的第一高光譜成像儀的視場(chǎng)中心對(duì)準(zhǔn)第一棵番茄植株主干中心位置；
B設(shè)置T形架順序移動(dòng)的間隔距離使其與株距相同，設(shè)置第一電控云臺(tái)和第二電控云臺(tái)的掃描速度，使第一高光譜成像儀和第二高光譜成像儀的主視和俯視掃描圖像不失真；
C設(shè)置檢測(cè)裝置自動(dòng)巡航間隔時(shí)間和啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行番茄植株的生長信息監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)裝置按照設(shè)定時(shí)間，順序到達(dá)并停靠在檢測(cè)位，由第一電控云臺(tái)和第二電控云臺(tái)帶動(dòng)第一高光譜成像儀和第二高光譜成像儀依次對(duì)每株番茄的俯視位和主視位進(jìn)行掃描成像，完成行程范圍內(nèi)的所有信息的采集并復(fù)位，本輪檢測(cè)結(jié)束；
D按照設(shè)定間隔時(shí)間重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)自主巡航監(jiān)測(cè)。
[0009]本發(fā)明的效果是:(I)本發(fā)明采用導(dǎo)軌移動(dòng)式的自動(dòng)巡航檢測(cè)平臺(tái)，通過雙位高光譜同步掃描成像裝置，可以在主視和俯視兩個(gè)采集位，同步獲取番茄植株的的主視和俯視高光譜數(shù)據(jù)，通過高光譜成像儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)同一目標(biāo)以5nm的高分辨率用數(shù)百個(gè)波段連續(xù)成像，對(duì)番茄植株的顏色、紋理、形態(tài)變化等特征進(jìn)行可視化分析，對(duì)植株的莖粗、株高、特征葉長、果實(shí)形態(tài)、果實(shí)生長速率、植株生長速率等生長信息進(jìn)行循環(huán)采集和特征提取分析。(2)與傳統(tǒng)的人工和視覺圖像檢測(cè)方法相比，不僅信息獲取量更大，更豐富，而且能夠更全面、精確地把握番茄植株的長勢(shì)信息，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施番茄生產(chǎn)過程信息的全程實(shí)時(shí)巡航監(jiān)測(cè)，適應(yīng)現(xiàn)代化溫室生產(chǎn)的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)信息雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)方法流程簡圖；
圖2是導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)信息雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡圖；
圖中:1 一番茄植株 2 —導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架3 — T形架 4 一第一電控云臺(tái)5—第一高光譜成像儀 6—第二電控云臺(tái) 7—第二高光譜成像儀 8—控制計(jì)算機(jī)9 一平臺(tái)控制器 10—步進(jìn)電機(jī) 11-移動(dòng)平臺(tái)面。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施步驟對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0012]參照附圖2，本發(fā)明一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄生長雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)方法利用導(dǎo)軌式設(shè)施番茄生長信息雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置包含導(dǎo)軌移動(dòng)式檢測(cè)平臺(tái)架2、雙位高光譜成像裝置和控制系統(tǒng)。
[0013]其中導(dǎo)軌移動(dòng)式檢測(cè)平臺(tái)架2上端設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)面11，移動(dòng)平臺(tái)面11上固定T形架3。導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架2長6m、寬0.5m、高0.7m，采用2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)10同步驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，其中移動(dòng)平臺(tái)面11的下端面固定齒條，齒條與步進(jìn)電機(jī)10上的齒輪咬合，由步進(jìn)電機(jī)10的齒輪驅(qū)動(dòng)齒條帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)面11勻速移動(dòng)。T形架3采用輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)，固定在導(dǎo)軌平面幾何中心位置，其立柱高度為1.3m，懸臂總長為1.2m。其中懸臂的安裝臂長為0.7m，平衡臂長為0.5m，T形架3用于安裝雙位高光譜成像系統(tǒng)。雙位高光譜成像系統(tǒng)包括第一高光譜成像儀5、第二高光譜成像儀7和第一電控云臺(tái)4、第二電控云臺(tái)6。其中第二電控云臺(tái)6安裝在T形架3懸臂的安裝臂的末端，其上固定第二高光譜成像儀7，第二高光譜成像儀7處于俯視位置，用于采集番茄植株I的冠層圖像；第一電控云臺(tái)4安裝在T形架3的立柱中部，其上安裝第一高光譜成像儀5，其視場(chǎng)相對(duì)于檢測(cè)番茄植株I處于主視位置，用于采集番茄植株I的主視圖像。
[0014]其中控制系統(tǒng)包括平臺(tái)控制器9和控制計(jì)算機(jī)8。平臺(tái)控制器9通過USB總線與控制計(jì)算機(jī)8相連，其1接口與2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)10相連，由控制計(jì)算機(jī)8發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)10的運(yùn)動(dòng)同步控制；第一高光譜成像儀5和第二高光譜成像儀7通過1394總線連接至控制計(jì)算機(jī)8實(shí)現(xiàn),第一電控云臺(tái)4和第二電控云臺(tái)6通過7?5.-485總線與控制計(jì)算機(jī)8相連，由控制計(jì)算機(jī)8發(fā)出指令控制電控云臺(tái)和高光譜成像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)番茄植株I的掃描成像。
[0015]一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄生長雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置的具體工作過程:
O設(shè)置導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)信息雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置
①調(diào)整俯視視場(chǎng)的第二高光譜成像儀7，使其視場(chǎng)中心與植株行中心一致；調(diào)整主視視場(chǎng)的第一高光譜成像儀5，使其視場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)第一棵植株主干中心位置；
②在檢測(cè)起始位的主視視場(chǎng)和俯視視場(chǎng)，放置已知尺寸的環(huán)形參考標(biāo)尺；
③設(shè)置檢測(cè)平臺(tái)間隔移動(dòng)距離使其與株距相同，設(shè)置云臺(tái)掃描速度，保證圖像不失真；
④設(shè)置檢測(cè)平臺(tái)自動(dòng)巡航間隔時(shí)間和啟動(dòng)時(shí)間；
2)啟動(dòng)導(dǎo)軌式雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置，進(jìn)行自動(dòng)巡航掃描成像檢測(cè)裝置按照設(shè)定時(shí)間，順序到達(dá)并?？吭跈z測(cè)位，由兩電控云臺(tái)帶動(dòng)高光譜成像儀依次對(duì)每株番茄的俯視位和主視位進(jìn)行掃描成像，完成行程范圍內(nèi)的所有信息的采集并復(fù)位。之后按照設(shè)定間隔時(shí)間重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)自主巡航監(jiān)測(cè)。
[0016]3)對(duì)設(shè)施番茄的長勢(shì)特征參數(shù)進(jìn)行提取和量化描述。
[0017]①利用獲取的番茄俯視和主視高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體，提取包含作物長勢(shì)信息的高光譜圖像的最優(yōu)波長，獲取作物長勢(shì)的特征圖像。
[0018]②對(duì)俯視視場(chǎng)的特征圖像進(jìn)行處理，提取冠幅和冠層面積等特征參數(shù)。
[0019]③對(duì)主視視場(chǎng)的特征圖像進(jìn)行處理，提取莖粗、株高、果實(shí)直徑等特征參數(shù)。
[0020]④對(duì)起始位的主視和俯視視場(chǎng)的參考標(biāo)尺進(jìn)行提取和參數(shù)計(jì)算，得到實(shí)際尺寸與目標(biāo)特征參數(shù)的換算關(guān)系。 [0021〕 ⑤對(duì)作物長勢(shì)信息進(jìn)行量化描述輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置，其特征在于，包括導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架(2)，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架(2)的上端布置有移動(dòng)平臺(tái)面(11)，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架(2)的兩側(cè)分別安裝有步進(jìn)電機(jī)(10)，所述步進(jìn)電機(jī)(10)的輸出軸上安裝有齒輪，所述移動(dòng)平臺(tái)面(11)的下端面上設(shè)置有齒條，所述步進(jìn)電機(jī)(10)與所述移動(dòng)平臺(tái)面(11)之間通過齒輪齒條進(jìn)行傳動(dòng)；所述移動(dòng)平臺(tái)面(11)的上端面上固定有T型架(3)，所述T形架的立柱中部設(shè)有第一電控云臺(tái)(4)，所述第一電控云臺(tái)(4)上安裝有第一高光譜成像儀(5)，所述T形架的懸臂末端設(shè)有第二電控云臺(tái)￠)，所述第二電控云臺(tái)(6)上安裝有第二高光譜成像儀(7)，所述第一電控云臺(tái)(4)、所述第二電控云臺(tái)￠)、所述第一高光譜成像儀(5)和所述第二高光譜成像儀(7)分別與計(jì)算機(jī)(8)連接；所述步進(jìn)電機(jī)(10)通過平臺(tái)控制器(9)與計(jì)算機(jī)(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置，其特征在于，所述T形架(3)的材質(zhì)為輕質(zhì)鋁合金，所述T形架(3)固定在移動(dòng)平臺(tái)面(11)的幾何中心位置，所述T形架立柱高度為1.3m，所述T形架懸臂總長為1.2m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)架2長6m、寬0.5m、高0.7m。
4.利用導(dǎo)軌式設(shè)施番茄長勢(shì)雙位自動(dòng)巡航成像檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟: A調(diào)整T形架(3)和第二電控云臺(tái)￠)，使俯視視場(chǎng)的第二高光譜成像儀(7)的視場(chǎng)中心對(duì)準(zhǔn)番茄植株(I)的行中心位置；調(diào)整T形架(3)和第一電控云臺(tái)(4)，使主視視場(chǎng)的第一高光譜成像儀(5)的視場(chǎng)中心對(duì)準(zhǔn)第一棵番茄植株主干中心位置； B設(shè)置T形架(3)順序移動(dòng)的間隔距離使其與株距相同，設(shè)置第一電控云臺(tái)(4)和第二電控云臺(tái)￠)的掃描速度，使第一高光譜成像儀(5)和第二高光譜成像儀(7)的主視和俯視掃描圖像不失真； C設(shè)置檢測(cè)裝置自動(dòng)巡航間隔時(shí)間和啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行番茄植株(10)的生長信息監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)裝置按照設(shè)定時(shí)間，順序到達(dá)并?？吭跈z測(cè)位，由第一電控云臺(tái)(4)和第二電控云臺(tái)(6)帶動(dòng)第一高光譜成像儀(5)和第二高光譜成像儀(7)依次對(duì)每株番茄的俯視位和主視位進(jìn)行掃描成像，完成行程范圍內(nèi)的所有信息的采集并復(fù)位，本輪檢測(cè)結(jié)束； D按照設(shè)定間隔時(shí)間重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)自主巡航監(jiān)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104457843SQ201410627388
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】張曉東, 左志宇, 毛罕平, 孫俊, 高洪燕, 張紅濤 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)