基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)林業(yè)灌溉領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中，土壤的含水量關(guān)系著相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量。由于農(nóng)林產(chǎn)品一般都含有大量的水，例如蔬菜含水90% — 95%。水替植物輸送養(yǎng)分；水使植物枝葉保持婀娜多姿的形態(tài)，水參加光合作用，制造有機(jī)物，水的蒸發(fā)，使植物保持穩(wěn)定的溫度，不致被太陽灼傷。農(nóng)林產(chǎn)品不僅含水量高，而且在生長的整個(gè)過程中都在消耗水。例如，I公斤玉米，是用368公斤水澆灌出來的；同樣的，小麥?zhǔn)?13公斤水，棉花是648公斤水，水稻竟高達(dá)1000公斤水。
[0003]但是，如果灌溉的水量過多，相反，會(huì)給農(nóng)林產(chǎn)品的生長造成不利的影響。尤其對(duì)于葡萄來說，如果灌溉方式的不適當(dāng)，會(huì)造成葡萄作物的水分脅迫。水分脅迫是一種植物現(xiàn)象，是植物由于氣孔關(guān)閉，蒸騰受到限制，從而會(huì)影響植物的產(chǎn)量和果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。因此，在提供給農(nóng)產(chǎn)品必要的水資源的同時(shí)，也要注意不過要過度灌溉，這樣，才能確保果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)葡萄水分脅迫現(xiàn)象的檢測是通過壓力球或葉片氣孔計(jì)等儀器，直接作用與葡萄上，這種檢測方式耗時(shí)又低效，而且需要與葡萄的直接接觸，容易形成因?yàn)榻佑|而導(dǎo)致的檢測誤差量。
[0005]因此，需要一種新的葡萄水分脅迫現(xiàn)象的檢測方案，不接觸葡萄本身即可完成水分脅迫程度的檢測，在保障檢測準(zhǔn)確性的同時(shí)也能保障檢測的高效率和及時(shí)性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備，利用土壤濕度和葡萄葉對(duì)可見光的折射率分別與水分脅迫程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以專業(yè)的土壤濕度檢測器件和圖像檢測器件對(duì)土壤濕度和葡萄葉的反射亮度進(jìn)行有效的檢測，進(jìn)一步確定葡萄的水分脅迫程度，保障整個(gè)檢測過程準(zhǔn)確高效，為葡萄的灌溉提供科學(xué)的參考數(shù)據(jù)。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備，所述檢測設(shè)備包括濕度傳感器、圖像采集器、圖像處理器和AT89C51單片機(jī)，所述濕度傳感器用于檢測葡萄所在土壤的土壤濕度，所述圖像采集器用于對(duì)該株葡萄的一片葡萄葉拍攝以獲得葡萄葉圖像，所述圖像處理器與所述圖像采集器連接，對(duì)所述葡萄葉圖像執(zhí)行圖像處理，所述單片機(jī)與所述濕度傳感器和所述圖像處理器分別連接，基于所述土壤濕度和所述圖像處理結(jié)果確定該株葡萄的水分脅迫值。
[0008]更具體地，在所述基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備中，還包括:亮度傳感器，位于所述圖像采集器上，用于檢測所述圖像采集器周圍環(huán)境的環(huán)境亮度；照明光源，位于所述圖像采集器上，用于為所述圖像采集器的拍攝提供輔助照明；用戶輸入設(shè)備，用于根據(jù)用戶的操作，輸入預(yù)設(shè)環(huán)境亮度、最大水分脅迫值、葡萄葉上限灰度閾值和葡萄葉下限灰度閾值，所述葡萄葉上限灰度閾值和所述葡萄葉下限灰度閾值用于將圖像中的葡萄葉和背景分離；靜態(tài)存儲(chǔ)器，與所述用戶輸入設(shè)備連接，用于接收并存儲(chǔ)所述預(yù)設(shè)環(huán)境亮度、所述最大水分脅迫值、所述葡萄葉上限灰度閾值和所述葡萄葉下限灰度閾值；所述濕度傳感器用于根據(jù)電磁波在土壤中傳播頻率的變化來測量土壤的表觀介電常數(shù)，基于土壤的表觀介電常數(shù)確定土壤濕度；所述圖像采集器為一 CCD視覺傳感器，所述采集的葡萄葉圖像的分辨率為1920X1080 ;所述圖像處理器與所述圖像采集器和所述靜態(tài)存儲(chǔ)器分別連接，包括灰度化處理單元、圖像分割單元、亮度提取單元和亮度統(tǒng)計(jì)單元，所述灰度化處理單元與所述圖像采集器連接，用于對(duì)所述葡萄葉圖像執(zhí)行灰度化處理，以獲得灰度化葡萄葉圖像，所述圖像分割單元與所述灰度化處理單元和所述靜態(tài)存儲(chǔ)器分別連接，將所述灰度化葡萄葉圖像中灰度值在所述葡萄葉上限灰度閾值和所述葡萄葉下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成葡萄葉子圖案，所述亮度提取單元與所述圖像分割單元連接，提取所述葡萄葉子圖像中每一個(gè)像素的亮度，所述亮度統(tǒng)計(jì)單元與所述亮度提取單元連接，基于所述葡萄葉子圖像中每一個(gè)像素的亮度，計(jì)算所述葡萄葉子圖像的圖像亮度，所述灰度化處理單元、所述圖像分割單元、所述亮度提取單元和所述亮度統(tǒng)計(jì)單元分別采用不同的FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)；所述單片機(jī)與所述亮度傳感器、所述照明光源、所述濕度傳感器、所述靜態(tài)存儲(chǔ)器和所述亮度統(tǒng)計(jì)單元分別連接，基于所述環(huán)境亮度調(diào)整所述照明光源的輔助照明光強(qiáng)度，使得所述環(huán)境亮度達(dá)到所述預(yù)設(shè)環(huán)境亮度，在所述環(huán)境亮度達(dá)到所述預(yù)設(shè)環(huán)境亮度時(shí)，啟動(dòng)所述圖像采集器和所述圖像處理器，并在啟動(dòng)所述圖像采集器和所述圖像處理器后，基于所述土壤濕度和所述圖像亮度確定該株葡萄的水分脅迫值，還在該株葡萄的水分脅迫值大于等于所述最大水分脅迫值時(shí)，發(fā)出水分脅迫預(yù)警信號(hào)，在該株葡萄的水分脅迫值比所述最大水分脅迫值高50%時(shí)，發(fā)出水分脅迫報(bào)警信號(hào)；液晶顯示屏，與所述單片機(jī)連接，用于實(shí)時(shí)顯示與該株葡萄的水分脅迫值對(duì)應(yīng)的文字提示信息，還用于實(shí)時(shí)顯示與所述水分脅迫預(yù)警信號(hào)或所述水分脅迫報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的文字提示信息；雙聲道揚(yáng)聲器，與所述單片機(jī)連接，用于實(shí)時(shí)播放與該株葡萄的水分脅迫值對(duì)應(yīng)的語音提示文件，還用于實(shí)時(shí)播放與所述水分脅迫預(yù)警信號(hào)或所述水分脅迫報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的語音提示文件；其中，所述單片機(jī)基于所述土壤濕度和所述圖像亮度確定該株葡萄的水分脅迫值包括，所述圖像亮度越高，確定的該株葡萄的水分脅迫值越大，所述土壤濕度越高，確定的該株葡萄的水分脅迫值越大；所述靜態(tài)存儲(chǔ)器還預(yù)先存儲(chǔ)了土壤濕度、圖像亮度和水分脅迫值的對(duì)照關(guān)系表，為所述單片機(jī)的水分脅迫值的確定提供數(shù)據(jù)參考。
[0009]更具體地，在所述基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備中，所述單片機(jī)基于所述環(huán)境亮度調(diào)整所述照明光源的輔助照明光強(qiáng)度，使得所述環(huán)境亮度達(dá)到所述預(yù)設(shè)環(huán)境亮度包括，所述單片機(jī)調(diào)整所述照明光源的輔助照明光強(qiáng)度使得所述照明光源的輔助照明光強(qiáng)度與所述環(huán)境亮度成反比。
[0010]更具體地，在所述基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備中，替換分別采用不同的FPGA芯片的實(shí)現(xiàn)方式，所述灰度化處理單元、所述圖像分割單元、所述亮度提取單元和所述亮度統(tǒng)計(jì)單元被集成在一塊FPGA芯片上。
[0011]更具體地，在所述基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備中，還包括:半封閉式外殼，用于容納所述檢測設(shè)備的各個(gè)電子部件，還用于容納該株葡萄。
[0012]更具體地，在所述基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備中，所述單片機(jī)還包括RS-232串行通信接口，用于與所述亮度傳感器、所述照明光源、所述濕度傳感器、所述靜態(tài)存儲(chǔ)器和所述亮度統(tǒng)計(jì)單元分別連接。
【附圖說明】
[0013]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備的圖像處理器的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于圖像處理的葡萄水分脅迫檢測設(shè)備的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]水是農(nóng)林業(yè)發(fā)展的命脈，灌溉是農(nóng)林業(yè)發(fā)展的保障，各個(gè)國家和地區(qū)都在大力發(fā)展本地的農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)。日前，農(nóng)林業(yè)一方面面臨嚴(yán)重缺水、干旱的挑戰(zhàn)；另一方面，存在著農(nóng)田灌溉設(shè)施、灌水技術(shù)滯后發(fā)展，造成人為的水資源能源的過度浪費(fèi)，農(nóng)林產(chǎn)品的過度灌溉，這同樣也極大地制約了農(nóng)業(yè)向更高的發(fā)展。
[0018]葡萄是對(duì)過度灌溉較為敏感的農(nóng)林產(chǎn)品之一。過度灌溉下的葡萄，會(huì)出現(xiàn)水分脅迫的情況，具體表現(xiàn)為:葉片卷曲、萎蔫的現(xiàn)