位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的製作方法
2023-09-16 08:00:15 1
位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，包括隨機存儲器、高清攝像頭、圖像處理器和主控制器，所述高清攝像頭用於捕獲作物圖像，所述圖像處理器與所述高清攝像頭連接，用於對所述作物圖像進行圖像處理，以獲得所述作物圖像中的作物病蟲害類型，所述主控制器與所述隨機存儲器和所述圖像處理器分別連接，用於將所述作物病蟲害類型存儲到所述隨機存儲器中。通過本實用新型，能夠自動獲得田間作物的病蟲害類型，以方便相關農業管理部門在無人機返航時進行調用，從而做出有針對性的病蟲害防控措施。
【專利說明】位於無人機上的作物病蟲害檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及病蟲害防控領域，尤其涉及一種位於無人機上的作物病蟲害檢測系統。
【背景技術】
[0002]在農業生產過程中，有效實現對病蟲害的防控是保證農業豐收的前提，如果種植的作物病害是分布較廣、危害較重的病害，將會嚴重影響作物的產量和品質，在對病蟲害的防控之前，首先要做的是判斷病蟲害的類型，病蟲害類型判斷如果準確，則病蟲害容易得到根治，而病蟲害類型判斷如果不準確，則將浪費大量人力和財力，耽誤寶貴的醫治時間。
[0003]傳統的病蟲害診斷方法是通過肉眼觀察判斷，並結合農業作物病害圖譜進行比對，效率低下，難以及時、準確地發現和治理病害。近年來開發和應用的一些作物病害專家系統雖然起到了一些作用，但由於其需要大量的病害數據作為系統的輸入，而作物病害的具體特徵非常複雜，難以實現精確的量化，因此影響了專家系統判斷的準確性。也有一些農業管理部門採用衛星遙感的方式進行病蟲害檢測，但這種檢測方式造價昂貴。
[0004]因此，需要一種新的作物病蟲害檢測系統，性價比適中，能夠適應作物檢測面積寬廣和病蟲害精確診斷的要求，方便相關農業管理部門靈活操控，以便於後期有的放矢地進行作物病蟲害醫治。
實用新型內容
[0005]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，借用無人機的平臺，依靠無人機靈活、檢測面積廣的特點，能夠靈活對任何需要監控的區域進行病蟲害檢測，同時採用圖像識別技術，首先進行病害圖像的預處理，將採集到的圖像通過灰度化和中值濾波後，進行圖像分割，得到病斑圖像，隨後以病蟲害特徵來描述病斑圖像中作物病斑的形狀特徵，從而有效識別病蟲害類型。
[0006]根據本實用新型的一方面，提供了一種位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，所述檢測系統包括隨機存儲器、高清攝像頭、圖像處理器和主控制器，所述高清攝像頭用於捕獲作物圖像，所述圖像處理器與所述高清攝像頭連接，用於對所述作物圖像進行圖像處理，以獲得所述作物圖像中的作物病蟲害類型，所述主控制器與所述隨機存儲器和所述圖像處理器分別連接，用於將所述作物病蟲害類型存儲到所述隨機存儲器中。
[0007]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述檢測系統還包括，串行通信接口，與所述隨機存儲器連接，用於將所述隨機存儲器中的存儲內容讀出；快閃記憶體卡，預先存儲了病斑上限灰度閾值和病斑下限灰度閾值，還預先存儲有病蟲害特徵資料庫，所述病蟲害特徵資料庫保存了每一種病蟲害類型以及每一種病蟲害類型對應的病蟲害特徵，所述病蟲害特徵包括病斑面積、病斑最小外接矩形面積和病斑矩形度；無線通信接口，用於接收遠程農業管理平臺無線發送的無人機控制指令，所述無人機控制指令中包括拍照高度和拍照GPS位置；GPS定位器，連接GPS導航衛星，用於接收所述無人機所在位置的當前GPS位置；氣壓高度傳感器，包括無線電發射機、無線電接收機和單片機，所述單片機與所述無線電發射機和所述無線電接收機分別連接，所述無線電發射機向地面發射無線電波，所述無線電接收機接收地面反射的無線電波，所述單片機根據所述無線電發射機的發射時間、所述無線電接收機的接收時間和無線電波傳播速度計算無人機的當前高度，所述無線電波傳播速度為光速；無人機驅動設備，用於為所述無人機的飛行提供動力；所述圖像處理器包括灰度處理單元、增強處理單元、濾波處理單元、圖像分割單元和特徵識別單元，所述灰度處理單元與所述高清攝像頭連接以對所述作物圖像進行灰度處理，獲得灰度圖像，所述增強處理單元與所述灰度處理單元連接以基於小波圖像增強算法對所述灰度圖像處理，獲得增強圖像，所述濾波處理單元與所述增強處理單元連接以基於中值濾波算法對所述增強圖像處理，獲得濾波圖像，所述圖像分割單元與所述濾波處理單元和所述快閃記憶體卡分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述病斑上限灰度閾值和所述病斑下限灰度閾值之間的像素識別並組成病斑圖像，所述特徵識別單元與所述圖像分割單元和所述快閃記憶體卡分別連接，識別所述病斑圖像中的病蟲害特徵，並將識別的病蟲害特徵在所述病蟲害特徵資料庫中查找與識別的病蟲害特徵匹配的病蟲害類型，以作為所述作物病蟲害類型輸出；所述主控制器，與所述隨機存儲器、所述快閃記憶體卡、所述無線通信接口、所述GPS定位器、所述氣壓高度傳感器、所述無人機驅動設備、所述高清攝像頭和所述圖像處理器分別連接，對所述無人機控制指令進行解析以獲得所述拍照高度和所述拍照GPS位置，並控制所述無人機驅動設備以驅動所述無人機飛往所述拍照高度和所述拍照GPS位置，在所述當前GPS位置與所述拍照GPS位置一致且所述當前高度與所述拍照高度一致時，啟動所述高清攝像頭和所述圖像處理器，並將所述當前GPS位置和所述圖像處理器輸出的作物病蟲害類型對應存儲到所述隨機存儲器中；其中，所述隨機存儲器存儲完所述當前GPS位置和所述作物病蟲害類型後，向所述主控制器發送存儲成功信號，所述主控制器在接收到所述存儲成功信號後通過所述無線通信接口向所述遠程農業管理平臺發送檢測完成命令，以便於所述遠程農業管理平臺繼續向所述無線通信接口發送無人機控制指令；所述病斑面積為所述病斑圖像中病斑形狀所佔據的像素總數，所述病斑最小外接矩形為包圍所述病斑圖像中病斑形狀的最小矩形所佔據的像素總數，所述病斑矩形度為所述病斑面積與所述病斑最小外接矩形的比值。
[0008]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述檢測系統還包括，照明設備，用於為所述高清攝像頭的拍攝提供輔助照明。
[0009]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述照明設備包括亮度傳感器，用於測量所述無人機所在位置的亮度數據，所述照明設備基於所述亮度數據控制為所述高清攝像頭的拍攝提供的輔助照明。
[0010]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述高清攝像頭的解析度為 1280X720。
[0011]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述病蟲害特徵還包括病斑幾何重心和病斑圓度。
[0012]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述病斑幾何重心為所述病斑圖像中病斑形狀的形心。
[0013]更具體地，所述位於無人機上的作物病蟲害檢測系統中，所述病斑圓度為所述病斑圖像中病斑形狀與標準圓形的相似度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]以下將結合附圖對本實用新型的實施方案進行描述，其中:
[0015]圖1為根據本實用新型實施方案示出的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的結構方框圖。
[0016]圖2為根據本實用新型實施方案示出的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的氣壓高度傳感器的結構方框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將參照附圖對本實用新型的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的實施方案進行詳細說明。
[0018]病蟲害是病害和蟲害的並稱，常對農業生產造成不良影響。
[0019]具體到病害，植物在栽培過程中，受到有害生物的侵染或不良環境條件的影響，正常新陳代謝受到幹擾，從生理機能到組織結構上發生一系列的變化和破壞，以至在外部形態上呈現反常的病變現象，如枯萎、腐爛、斑點、黴粉、花葉等，統稱病害。
[0020]引起植物發病的原因，包括生物因素和非生物因素。由生物因素如真菌、細菌、病毒等侵入植物體所引起的病害，有傳染性，稱為侵染性病害或寄生性病害，由非生物因素如旱、澇、嚴寒、養分失調等影響或損壞生理機能而引起的病害，沒有傳染性，稱為非侵染性病害或生理性病害。在侵染性病害中，致病的寄生生物稱為病原生物，其中真菌、細菌常稱為病原菌。被侵染的植物稱為寄主植物。侵染性病害的發生不僅取決於病原生物的作用，而且與寄主生理狀態以及外界環境條件也有密切關係，是病原生物、寄主植物和環境條件三者相互作用的結果。
[0021]具體到蟲害，危害藥用植物的動物種類很多，其中主要是昆蟲，另外有蟎類、蝸牛、鼠類等。昆蟲中雖有很多屬於害蟲，但也有益蟲，對益蟲應加以保護、繁殖和利用。因此，認識昆蟲，研究昆蟲，掌握害蟲發生和消長規律，對於防治害蟲，保護植物獲得優質高產，具有重要意義。
[0022]各種昆蟲由於食性和取食方式不同，口器也不相同，主要有咀嚼式口器和刺吸式口器。咀嚼式口器害蟲，如甲蟲、蝗蟲及蛾蝶類幼蟲等。他們都取食固體食物，危害根、莖、葉、花、果實和種子、蔬菜，造成機械性損傷，如缺刻、孔洞、折斷、鑽蛀莖杆、切斷根部等。刺吸式口器害蟲，如蚜蟲、椿蟓、葉蟬和蟎類等。他們是以針狀口器刺入植物組織吸食食料，使植物呈現萎縮、皺葉、卷葉、枯死斑、生長點脫落、蟲癭(受唾液刺激而形成)等。此外，還有虹吸式口器(如蛾蝶類)、紙吸式口器(如蠅類)、嚼吸式口器(如蜜蜂)。
[0023]不同的病蟲害形成的作物病斑，在外觀上形狀各不相同，可用來進行病蟲害類型的識別依據。
[0024]本實用新型的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，在相關農業管理部門的遠程無線操控下，能夠靈活到達任何需要檢測的領域，同時圖像識別技術的引用保證了病蟲害識別的精確性。
[0025]圖1為根據本實用新型實施方案示出的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的結構方框圖，如圖1所示，所述檢測系統包括隨機存儲器3、高清攝像頭1、圖像處理器2和主控制器4，所述高清攝像頭I用於捕獲作物圖像，所述圖像處理器2與所述高清攝像頭I連接，用於對所述作物圖像進行圖像處理，以獲得所述作物圖像中的作物病蟲害類型，所述主控制器4與所述隨機存儲器3、所述圖像處理器2和所述高清攝像頭I分別連接，用於將所述作物病蟲害類型存儲到所述隨機存儲器3中。
[0026]接著，對本實用新型的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統的結構進行更具體的說明。
[0027]所述檢測系統還包括，串行通信接口，與所述隨機存儲器3連接，用於將所述隨機存儲器3中的存儲內容讀出。
[0028]所述檢測系統還包括，快閃記憶體卡，預先存儲了病斑上限灰度閾值和病斑下限灰度閾值，還預先存儲有病蟲害特徵資料庫，所述病蟲害特徵資料庫保存了每一種病蟲害類型以及每一種病蟲害類型對應的病蟲害特徵，所述病蟲害特徵包括病斑面積、病斑最小外接矩形面積和病斑矩形度。
[0029]所述檢測系統還包括，無線通信接口，用於接收遠程農業管理平臺無線發送的無人機控制指令，所述無人機控制指令中包括拍照高度和拍照GPS位置。
[0030]所述檢測系統還包括，GPS定位器，連接GPS導航衛星，用於接收所述無人機所在位置的當前GPS位置。
[0031]參照圖2所示，所述檢測系統還包括，氣壓高度傳感器，氣壓高度傳感器包括無線電發射機5、無線電接收機6和單片機7，所述單片機7與所述無線電發射機5和所述無線電接收機6分別連接，所述無線電發射機5向地面發射無線電波，所述無線電接收機6接收地面反射的無線電波，所述單片機7根據所述無線電發射機5的發射時間、所述無線電接收機6的接收時間和無線電波傳播速度計算無人機的當前高度，所述無線電波傳播速度為光速。
[0032]所述檢測系統還包括，無人機驅動設備，用於為所述無人機的飛行提供動力。
[0033]所述圖像處理器2包括灰度處理單元、增強處理單元、濾波處理單元、圖像分割單元和特徵識別單元，所述灰度處理單元與所述高清攝像頭I連接以對所述作物圖像進行灰度處理，獲得灰度圖像，所述增強處理單元與所述灰度處理單元連接以基於小波圖像增強算法對所述灰度圖像處理，獲得增強圖像，所述濾波處理單元與所述增強處理單元連接以基於中值濾波算法對所述增強圖像處理，獲得濾波圖像，所述圖像分割單元與所述濾波處理單元和所述快閃記憶體卡分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述病斑上限灰度閾值和所述病斑下限灰度閾值之間的像素識別並組成病斑圖像，所述特徵識別單元與所述圖像分割單元和所述快閃記憶體卡分別連接，識別所述病斑圖像中的病蟲害特徵，並將識別的病蟲害特徵在所述病蟲害特徵資料庫中查找與識別的病蟲害特徵匹配的病蟲害類型，以作為所述作物病蟲害類型輸出。
[0034]所述主控制器4，與所述隨機存儲器3、所述快閃記憶體卡、所述無線通信接口、所述GPS定位器、所述氣壓高度傳感器、所述無人機驅動設備、所述高清攝像頭I和所述圖像處理器2分別連接，對所述無人機控制指令進行解析以獲得所述拍照高度和所述拍照GPS位置，並控制所述無人機驅動設備以驅動所述無人機飛往所述拍照高度和所述拍照GPS位置，在所述當前GPS位置與所述拍照GPS位置一致且所述當前高度與所述拍照高度一致時，啟動所述高清攝像頭I和所述圖像處理器2，並將所述當前GPS位置和所述圖像處理器2輸出的作物病蟲害類型對應存儲到所述隨機存儲器3中。
[0035]其中，所述隨機存儲器3存儲完所述當前GPS位置和所述作物病蟲害類型後，向所述主控制器4發送存儲成功信號，所述主控制器4在接收到所述存儲成功信號後通過所述無線通信接口向所述遠程農業管理平臺發送檢測完成命令，以便於所述遠程農業管理平臺繼續向所述無線通信接口發送無人機控制指令；所述病斑面積為所述病斑圖像中病斑形狀所佔據的像素總數，所述病斑最小外接矩形為包圍所述病斑圖像中病斑形狀的最小矩形所佔據的像素總數，所述病斑矩形度為所述病斑面積與所述病斑最小外接矩形的比值。
[0036]其中，所述檢測系統還可以包括，照明設備，用於為所述高清攝像頭I的拍攝提供輔助照明，所述照明設備可以包括亮度傳感器，用於測量所述無人機所在位置的亮度數據，所述照明設備基於所述亮度數據控制為所述高清攝像頭I的拍攝提供的輔助照明，所述高清攝像I的解析度可選為1280X720，所述病蟲害特徵還包括病斑幾何重心和病斑圓度，所述病斑幾何重心為所述病斑圖像中病斑形狀的形心，所述病斑圓度為所述病斑圖像中病斑形狀與標準圓形的相似度。
[0037]另外，中值濾波法是一種非線性平滑技術，他將每一像素點的灰度值設置為該點某鄰域窗口內的所有像素點灰度值的中值，中值濾波是基於排序統計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術，中值濾波的基本原理是把數字圖像或數字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的像素值接近的真實值，從而消除孤立的噪聲點。中值濾波法對消除椒鹽噪聲非常有效，在光學測量條紋圖像的相位分析處理方法中有特殊作用，但在條紋中心分析方法中作用不大，中值濾波在圖像處理中，常用於保護邊緣信息，是經典的平滑噪聲的方法。
[0038]另外，快閃記憶體(Flash Memory)是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息)的存儲器，數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位，區塊大小一般為256KB到20MB。快閃記憶體是電子可擦除只讀存儲器(EEPROM)的變種，快閃記憶體與EEPROM不同的是，EEPROM能在字節水平上進行刪除和重寫而不是整個晶片擦寫，而快閃記憶體的大部分晶片需要塊擦除。由於其斷電時仍能保存數據，快閃記憶體通常被用來保存設置信息，如在電腦的B1S(基本程序)、PDA(個人數字助理)、數位相機中保存資料等。快閃記憶體是一種非易失性存儲器，即斷電數據也不會丟失。
[0039]採用本實用新型的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，針對現有作物病蟲害檢測系統性價比不高、監控不夠靈活、精度不高的技術問題，通過將檢測系統設置在無人機上，借用無人機的可控制性、低空飛行的特點，能夠出現在任何需要監控的區域，同時圖像識別技術和無線通信技術的引用，保證病蟲害特徵識別的準確性和數據傳輸的有效性。
[0040]可以理解的是，雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本實用新型。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本實用新型技術方案保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於，所述檢測系統包括隨機存儲器、高清攝像頭、圖像處理器和主控制器，所述高清攝像頭用於捕獲作物圖像，所述圖像處理器與所述高清攝像頭連接，用於對所述作物圖像進行圖像處理，以獲得所述作物圖像中的作物病蟲害類型，所述主控制器與所述隨機存儲器和所述圖像處理器分別連接，用於將所述作物病蟲害類型存儲到所述隨機存儲器中。
2.如權利要求1所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於，所述檢測系統還包括: 串行通信接口，與所述隨機存儲器連接，用於將所述隨機存儲器中的存儲內容讀出；快閃記憶體卡，預先存儲了病斑上限灰度閾值和病斑下限灰度閾值，還預先存儲有病蟲害特徵資料庫，所述病蟲害特徵資料庫保存了每一種病蟲害類型以及每一種病蟲害類型對應的病蟲害特徵，所述病蟲害特徵包括病斑面積、病斑最小外接矩形面積和病斑矩形度； 無線通信接口，用於接收遠程農業管理平臺無線發送的無人機控制指令，所述無人機控制指令中包括拍照高度和拍照GPS位置； GPS定位器，連接GPS導航衛星，用於接收所述無人機所在位置的當前GPS位置； 氣壓高度傳感器，包括無線電發射機、無線電接收機和單片機，所述單片機與所述無線電發射機和所述無線電接收機分別連接，所述無線電發射機向地面發射無線電波，所述無線電接收機接收地面反射的無線電波，所述單片機根據所述無線電發射機的發射時間、所述無線電接收機的接收時間和無線電波傳播速度計算無人機的當前高度，所述無線電波傳播速度為光速； 無人機驅動設備，用於為所述無人機的飛行提供動力； 所述圖像處理器包括灰度處理單元、增強處理單元、濾波處理單元、圖像分割單元和特徵識別單元，所述灰度處理單元與所述高清攝像頭連接以對所述作物圖像進行灰度處理，獲得灰度圖像，所述增強處理單元與所述灰度處理單元連接以基於小波圖像增強算法對所述灰度圖像處理，獲得增強圖像，所述濾波處理單元與所述增強處理單元連接以基於中值濾波算法對所述增強圖像處理，獲得濾波圖像，所述圖像分割單元與所述濾波處理單元和所述快閃記憶體卡分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述病斑上限灰度閾值和所述病斑下限灰度閾值之間的像素識別並組成病斑圖像，所述特徵識別單元與所述圖像分割單元和所述快閃記憶體卡分別連接，識別所述病斑圖像中的病蟲害特徵，並將識別的病蟲害特徵在所述病蟲害特徵資料庫中查找與識別的病蟲害特徵匹配的病蟲害類型，以作為所述作物病蟲害類型輸出； 所述主控制器，與所述隨機存儲器、所述快閃記憶體卡、所述無線通信接口、所述GPS定位器、所述氣壓高度傳感器、所述無人機驅動設備、所述高清攝像頭和所述圖像處理器分別連接，對所述無人機控制指令進行解析以獲得所述拍照高度和所述拍照GPS位置，並控制所述無人機驅動設備以驅動所述無人機飛往所述拍照高度和所述拍照GPS位置，在所述當前GPS位置與所述拍照GPS位置一致且所述當前高度與所述拍照高度一致時，啟動所述高清攝像頭和所述圖像處理器，並將所述當前GPS位置和所述圖像處理器輸出的作物病蟲害類型對應存儲到所述隨機存儲器中； 其中，所述隨機存儲器存儲完所述當前GPS位置和所述作物病蟲害類型後，向所述主控制器發送存儲成功信號，所述主控制器在接收到所述存儲成功信號後通過所述無線通信接口向所述遠程農業管理平臺發送檢測完成命令，以便於所述遠程農業管理平臺繼續向所述無線通信接口發送無人機控制指令； 其中，所述病斑面積為所述病斑圖像中病斑形狀所佔據的像素總數，所述病斑最小外接矩形為包圍所述病斑圖像中病斑形狀的最小矩形所佔據的像素總數，所述病斑矩形度為所述病斑面積與所述病斑最小外接矩形的比值。
3.如權利要求2所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於，所述檢測系統還包括: 照明設備，用於為所述高清攝像頭的拍攝提供輔助照明。
4.如權利要求3所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於: 所述照明設備包括亮度傳感器，用於測量所述無人機所在位置的亮度數據，所述照明設備基於所述亮度數據控制為所述高清攝像頭的拍攝提供的輔助照明。
5.如權利要求2所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於: 所述高清攝像頭的解析度為1280X720。
6.如權利要求2所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於: 所述病蟲害特徵還包括病斑幾何重心和病斑圓度。
7.如權利要求6所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於: 所述病斑幾何重心為所述病斑圖像中病斑形狀的形心。
8.如權利要求6所述的位於無人機上的作物病蟲害檢測系統，其特徵在於: 所述病斑圓度為所述病斑圖像中病斑形狀與標準圓形的相似度。
【文檔編號】G01N21/84GK204142639SQ201420654484
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
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