本發(fā)明創(chuàng)造涉及農業(yè)監(jiān)測領域，具體涉及一種有效的農作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

隨著我國人口的增加，糧食需求量的迅速增長以及人均耕地面積的減少，我國糧食安全面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的耕地面積上盡量增加農作物產值是目前解決糧食短缺的一種較為可行性的方法，在農作物的生長過程中，土壤溫度、濕度、ph值以及地面雜草情況等多種自然因素都將影響著農作物的生長情況，因此對這些自然因素進行實時有效的監(jiān)測，對確保農作物健康生長以及保障糧食產量有著重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種有效的農作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明創(chuàng)造的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種有效的農作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括信息采集模塊、控制器模塊、信息傳輸模塊和遠程監(jiān)控模塊，所述信息采集模塊用于采集農作物生長環(huán)境的數(shù)據(jù)信息和農作物生長環(huán)境的視頻信息，信息傳輸模塊通過無線傳輸方式將采集得到的農作物生長環(huán)境的數(shù)據(jù)信息和視頻信息傳輸給遠程監(jiān)控模塊，遠程監(jiān)控模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷農作物生長環(huán)境的狀況，并根據(jù)判斷結果生成相應的操作指令，通過信息傳輸模塊將操作指令傳輸給控制器模塊，控制器模塊根據(jù)接收到的指令進行相應的操作。

優(yōu)選地，所述控制器模塊包括水泵控制單元、農藥控制單元和警告單元。

優(yōu)選地，所述信息采集模塊包括用于采集農作物生長的數(shù)據(jù)信息的傳感器采集單元和用于采集農作物生長的環(huán)境信息的視頻采集單元，所述傳感器采集單元包括用于監(jiān)測土壤溫度、土壤濕度和土壤ph值的傳感器，所述視頻采集單元包括用于采集農作物生長的地面環(huán)境的雜草圖像和農作物生長的發(fā)育情況的圖像。

優(yōu)選地，所述信息采集模塊還包括圖像處理單元，與視頻采集單元相連，用于對視頻采集單元采集得到的農作物生長環(huán)境的視頻信息進行處理。

優(yōu)選地，所述圖像處理單元還包括圖像篩選部分、圖像裁剪部分和陰影去除部分，所述圖像篩選部分用于對視頻采集單元采集得到的圖像中的含有信息量相似度極高的圖像進行剔除，所述圖像裁剪部分用于對剔除后的圖像進行裁剪，所述陰影去除部分用于從裁剪后的圖像中進行目標的檢測。

優(yōu)選地，所述圖像篩選部分用于對視頻采集單元采集得到的圖像中的含有信息量相似度極高的圖像進行剔除，具體包括：

定義圖像f在位置j的像素點為f(rj、gj、bj),圖像k在相同位置的像素點為k(rj、gj、bj),則相似性系數(shù)的計算公式為：

式中，x表示兩幅圖像的相似性系數(shù)，rj，gj，bj分別表示f圖像中的紅色、綠色和藍色色彩分量值，rj，gj，bj分別表示k圖像中的紅色、綠色和藍色色彩分量值；

當x≥0.012的像素點超過9.8％，則隨機選取其中一幅圖像作為重復圖像丟棄。

本發(fā)明的有益效果為：通過各模塊之間的相互配合，能夠對影響農作物生長情況的環(huán)境因素進行實時有效的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況進行相應的措施，保證了農作物生長環(huán)境的健康；傳感器監(jiān)測單元和視頻監(jiān)測單元的雙重監(jiān)測以及對視頻監(jiān)測單元采集得到的圖像進行有效的處理，都在很大程度上提高了監(jiān)測系統(tǒng)的精確性。

附圖說明

利用附圖對發(fā)明創(chuàng)造作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明創(chuàng)造的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明結構示意圖；

圖2是圖像處理單元的結構示意圖；

附圖標記：

信息采集模塊1、控制器模塊2、信息傳輸模塊3、遠程監(jiān)控模塊4、傳感器采集單元11、視頻采集單元12、圖像處理單元13、水泵控制單元21、農藥控制單元22、警告單元23、圖像篩選部分131、圖像裁剪部分132、陰影去除部分133。

具體實施方式

結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。

參見圖1和圖2，本實施例的一種有效的農作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括信息采集模塊1、控制器模塊2、信息傳輸模塊3和遠程監(jiān)控模塊4，所述信息采集模塊1用于采集農作物生長環(huán)境的數(shù)據(jù)信息和農作物生長環(huán)境的視頻信息，信息傳輸模塊3通過無線傳輸方式將采集得到的農作物生長環(huán)境的數(shù)據(jù)信息和視頻信息傳輸給遠程監(jiān)控模塊4，遠程監(jiān)控模塊4根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷農作物生長環(huán)境的狀況，并根據(jù)判斷結果生成相應的操作指令，通過信息傳輸模塊3將操作指令傳輸給控制器模塊2，控制器模塊2根據(jù)接收到的指令進行相應的操作。

本發(fā)明上述實施例通過各模塊之間的相互配合，實現(xiàn)了對影響農作物生長情況的環(huán)境因素進行實時有效的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況進行相應的人工控制，保證了農作物生長環(huán)境的健康；傳感器監(jiān)測單元和視頻監(jiān)測單元的雙重監(jiān)測以及對視頻監(jiān)測單元采集得到的圖像進行有效的處理，都在很大程度上提高了監(jiān)測系統(tǒng)的精確性。

優(yōu)選地，所述控制器模塊2包括水泵控制單元21、農藥控制單元22和警告單元23，其中：

所述水泵控制單元21用于控制水泵的開關，當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的打開水泵開關的操作指令時即打開水泵，進行農作物生長土地的灌溉；當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的關閉水泵開關的操作指令時即關閉水泵，停止灌溉。

所述農藥控制單元22用于控制農藥的噴灑，當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的噴灑農藥的操作指令時即打開開關，進行農藥的噴灑；當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的關閉農藥噴灑的指令時即關閉開關，停止噴灑。

所述警告單元23利用蜂鳴器進行鳥以及家禽等的驅趕，當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的打開開關的操作指令時即打開蜂蜜器；當接收到遠程監(jiān)控模塊3下達的關閉開關的操作指令時即關閉蜂鳴器。

本優(yōu)選實施例構成了系統(tǒng)的控制器模塊，根據(jù)遠程監(jiān)控模塊的操作指令有效的進行相應的人工操作，改善了農作物的生長環(huán)境。

優(yōu)選地，所述信息采集模塊1包括用于采集農作物生長的數(shù)據(jù)信息的傳感器采集單元11和用于采集農作物生長的環(huán)境信息的視頻采集單元12，所述傳感器采集單元11包括用于監(jiān)測土壤溫度、土壤濕度和土壤ph值的傳感器，所述視頻采集單元12包括用于采集農作物生長的地面環(huán)境的雜草圖像和農作物生長的發(fā)育情況的圖像。

優(yōu)選地，所述信息采集模塊還包括圖像處理單元13，與視頻采集單元12相連，用于對視頻采集單元采集得到的農作物生長環(huán)境的視頻信息進行處理。

本優(yōu)選實施例構成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)了農作物生長環(huán)境信息的有效采集，為系統(tǒng)奠定了數(shù)據(jù)基礎。

優(yōu)選地，所述圖像處理單元13還包括圖像篩選部分131、圖像裁剪部分132和陰影去除部分133，其中，

所述圖像篩選部分131用于對視頻采集單元采集得到的圖像中的含有信息量相似度極高的圖像進行剔除，具體包括：

定義圖像f在位置j的像素點為f(rj、gj、bj),圖像k在相同位置的像素點為k(rj、gj、bj),則相似性系數(shù)的計算公式為：

式中，x表示兩幅圖像的相似性系數(shù)，rj，gj，bj分別表示f圖像中的紅色、綠色和藍色色彩分量值，rj，gj，bj分別表示k圖像中的紅色、綠色和藍色色彩分量值；

當x≥0.012的像素點超過9.8％，則隨機選取其中一幅圖像作為重復圖像丟棄。

本優(yōu)選實施例剔除了重復圖像，大大縮減了計算量，提高了圖像處理效率。

優(yōu)選地，所述圖像裁剪部分132用于對剔除后的圖像進行裁剪，具體包括：

設采集得到的原始圖像的面積為a，對含有信息量較少的圖像邊緣進行裁剪，保留含有較多信息量的圖像中心區(qū)域，中心區(qū)域所占圖像面積比例采用如下公式確定：

式中，β表示裁剪后的圖像占原圖像面積比，smin為鏡頭最短焦距，s為采集圖像時所用的實際焦距；

本優(yōu)選實施例解決了視頻采集單元采集圖像時鏡頭所帶來的圖像畸變問題。

優(yōu)選地，所述目標檢測單元133用于從裁剪后的圖像中進行目標的檢測，從而去除陰影的影響，具體包括：

(1)利用背景減除法從裁剪后的圖像中獲取目標q的圖像,在q上分割出目標部分的直方圖和陰影部分的直方圖，具體包括：

a.計算目標q中每個像素對應的灰度值ji，設像素為ai(ri，gi，bi)，則其灰度值為：

式中，ri，gi，bi分別為像素ai的紅色、綠色和藍色色彩分量，a1、a2、a3分別為ri、gi、bi分量在灰度值計算時的權重，且滿足a1、a2、a3≥0，m為目標q中像素點的總數(shù)。

b.將獲得的本征灰度值ji按照下列公式進行處理；

c.根據(jù)灰度值ki建立直方圖，確定其分組數(shù)為n，即將目標q分為n個區(qū)間；

d.每個分割點設為初始閾值，對每個閾值左右兩邊的直方圖進行計算，具體為：

其中，k＝1，2……n，n為分組數(shù)，di為組i中的像素數(shù)，k為初始閾值。

e.上述計算得到的rk′所對應的初始閾值k即為最終閾值h；

f.對閾值h左右兩邊的直方圖進行計算，具體為：

其中，dj為組j中的像素數(shù)，q1、q2分別為直方圖的面積，n為直方圖分組數(shù)，h為最終閾值。

(2)從接收到的裁剪后的圖像中提取光照無關圖，具體包括：

a.獲取裁剪后圖像中每個像素所對應的rj、gj、bj分量，設像素為pj(rj，gj，bj)，對三維向量進行降維，具體為：

式中，pj＝(ri，gi，bi)，s為圖像中像素點總數(shù)。

b.將降維后得到的向量進行投影處理，得到投影后的灰度值hi，

c.將獲得的本征灰度值hi按照下列公式進行處理；

c.建立灰度值ti的直方圖，確定其分組數(shù)為f，且分組數(shù)f滿足：

d.根據(jù)建立的直方圖計算信息熵qθ，具體為：

式中，hj為直方圖組j中像素數(shù)，f為直方圖分組數(shù)。

e.從0到180度進行投影，獲取每個角度投影得到的本征途，按照上述方法計算本征圖在每個角度θ的熵，從而求得最小熵qθ，具體為：

f.最小熵qθ，所對應的角度就是本征角θ′，其對應灰度圖像即為目標的光照無關圖q3。

g.對光照無關圖q3的直方圖進行計算，具體為：

式中，hj為直方圖中組的像素數(shù)，f為直方圖的分組數(shù)，q3為直方圖的面積。

(3)通過對直方圖計算結果之間的對比，從而得到目標區(qū)間，具體包括：

定義目標區(qū)間的檢驗系數(shù)v如下：

v＝|qi-q3|(i＝1、2)

當v<0.054時，qi即為目標區(qū)間，否則，qi為陰影區(qū)間。

本發(fā)明針對本實施例做了一系列測試，測試結果如下表所示：

本優(yōu)選實施例設置的目標檢測單元133，與現(xiàn)有技術相比，圖像灰度化時，采用加權算法計算像素所對應的灰度值，使圖像更適應于人眼觀察，根據(jù)計算得到的灰度值建立直方圖時采用固定組距，克服了直方圖組距和數(shù)量變化給信息熵計算帶來的不穩(wěn)定問題，根據(jù)分割得到的目標區(qū)間直方圖、陰影區(qū)間的直方圖和光照無關圖的比較，區(qū)分目標區(qū)間，確保了目標檢測的準確性，從上述表格中可以看出，本實施例能夠較為精確的檢測出圖像中的目標。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質和范圍。