果實外觀品質自動監測系統及監測方法
2023-06-09 02:25:06
果實外觀品質自動監測系統及監測方法
【專利摘要】本發明提供了一種果實外觀品質自動監測系統及監測方法。該系統包括果實自動監測裝置、通訊裝置、伺服器端計算裝置，通過果實自動監測裝置獲取果實圖像信息，通過傳輸裝置將圖片傳到伺服器，通過圖像計算獲取果實大小、顏色動態變化信息，為果樹的生產管理提供重要參考信息。該系統採用外接最大矩形與參照物相結合的方法實現果實大小的計算，通過與背景板或參照物對比顏色偏差實現果實的實際顏色的計算，該監測系統和監測方法可實現田間果實的遠程實時監測，顯著提高了工作效率，同時可為果樹的生產管理提供重要參考決策，有利於促進優質果品的生產。
【專利說明】果實外觀品質自動監測系統及監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農作物信息【技術領域】，具體涉及一種果實外觀品質自動監測系統及監測方法。
【背景技術】
[0002]果實的生長發育動態影響到果實的最終品質，決定著果品的商品價格。對果實生長發育動態的測量不僅要關注果實大小的變化，還需要關注果實顏色的變化。目前果實大小主要靠人工定期用遊標卡尺到田間進行測量，顏色信息獲取主要用色差儀或比色卡進行測量。這種測量方法不連續，且容易受天氣的影響，導致不能按時測量，另外人工測量勞動強度大，耗時長，難以實時把握果實生長的全過程。隨著機器視覺的廣泛應用，機器視覺在農業領域的應用也逐漸增多，但目前應用機器視覺大多進行比較粗泛的監測，如獲取一些圖像信息、遠程進行查看等。
[0003]專利201310385269於葡萄架上固定尺子，以尺子作為參照物來估計葡萄枝條的生長情況，這種方法省時、省力，適合評價平面方向上枝條或果實的生長情況。Zeng等在設施栽培中將葡萄枝固定在垂直的木板上，採用數位相機進行葡萄果實生長的自動監測(Zeng Q, Wang S，Liu C，et al.Development of a novel system for accurate andcontinuous measurement of fruit diameter in agriculture and its applications tograpes [J].Journal of Electronic Imaging, 2009，18 (4): 043005-043005-12.)。而薔薇科喬木類果樹枝、葉、果的生長具有很強的空間立體性，果實的位置從剛開始結果到最後採收時會發生較大的變化，因此薔薇科喬木類果樹果實的生長難以用一個固定的參考平面進行評價。
[0004]專利201310007369發明了一種利用數位相機測定蘋果果實著色的方法，該方法利用數位相機在田間獲取果實圖像，然後將圖片導入計算機進行計算，獲取蘋果的顏色特徵。該方法開始嘗試蘋果顏色新的評價方法，但該方法需人工到田間照相，所獲取的數據缺乏連續性、實時性。
[0005]專利201210040542發明了一種基於嵌入式雙相機平臺的智能溫室油桃果實生長速率無線監測系統。兩臺USB相機配合嵌入式技術和3G無線傳輸技術，對溫室油桃果實生長實施遠程實時監測。該專利未對果實的顏色進行計算。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的缺陷，提供一種果實外觀品質自動監測系統及監測方法，該系統通過果實自動監測裝置獲取帶有參照物和背景板的果實圖像信息，通過傳輸裝置將圖片傳到伺服器，通過圖像計算獲取果實大小、顏色動態變化信息，為果樹的生產管理提供重要參考信息。
[0008](二)技術方案[0009]為了解決上述技術問題，本發明提供一種果實外觀品質自動監測系統，所述自動監測系統包括:果實自動監測裝置、通訊裝置、伺服器端計算裝置。
[0010]所述果實自動監測裝置，用於監測果實的大小及顏色，並將圖像發送至所述通訊裝置；
[0011]所述通訊裝置，用於接收和計算果實自動監測裝置發的信息數據，並將圖像發送至所述伺服器端計算裝置；
[0012]所述伺服器端計算裝置，用於接收所述通訊裝置傳輸的圖像信息，並對果實的大小及果實的顏色進行計算計算；
[0013]優選的，所述果實自動監測裝置還包括參照物、背景板、照相裝置、計算控制裝置、支架、底座。
[0014]所述參照物為已知大小、顏色的球形物體；
[0015]所述背景板為已知顏色的平板，固定於目標果實的後方。
[0016]所述照相裝置包括鏡頭和圖像傳感器。
[0017]所述計算控制裝置包括微控制器、圖像輸入AD轉換模塊、存儲模塊、顯示與設置頁面。
[0018]所述支架為不鏽鋼材料，用於固定照相裝置和計算控制裝置。
[0019]所述支架固定於所述底座上。
[0020]優選的，所述通訊裝置可通過有線或無線傳輸的單元進行圖像信息傳輸，其中無線傳輸單元包括路由器和3G模塊。在果實自動監測裝置上監測到的果實數據通過3G模塊中的SM卡將獲取的圖像信息發送到路由器，路由器通過有線或者無線的方式與伺服器處理裝置進行數據的交互。
[0021]一種果實外觀品質自動監測方法，其特徵在於，所述果實大小計算包括如下步驟:
[0022]對目標果實、參照物、背景板分割；
[0023]通過將目標果實圖形外接最大矩形，以獲得果實的最大縱橫徑位置，通過將球形參照物外接最大矩形，以獲得球形參照物圖形的直徑；
[0024]通過對目標果實外接矩形進行校正，將果實外接的矩形轉到水平位置；
[0025]計算圖片上果實縱橫徑大小，果實二分之一橫徑與二分之一縱徑處相交的位置確定為果實圓心位置；
[0026]獲取球形參照物的實際直徑與所述球形參照物圖形直徑的比例值；
[0027]將所述果實圖形的縱橫徑值與所述比例值計算獲得果實的實際縱橫徑值。
[0028]一種果實外觀品質自動監測方法，其特徵在於，所述果實顏色計算包括如下步驟:
[0029]通過圖像計算獲得背景板的顏色值，並與背景板的實際顏色值進行對比，獲得當前光照條件下所產生的背景板顏色偏差值；
[0030]通過圖像計算獲得球形參照物的顏色值，並與球形參照物的實際顏色值進行對t匕，獲得當前光照條件下所產生的球形參照物顏色偏差值；
[0031]通過計算目標果實全果的顏色值與所述背景板顏色偏差值或球形參照物顏色偏差值計算獲得目標果實的實際顏色值。[0032](三)有益效果
[0033]本發明的上述技術方案具有如下優點:可以根據需要實時獲取帶有參照物和背景板的田間果實圖像，通過無線裝置將圖像傳到遠程伺服器，經圖像計算後可獲得果實大小、顏色的動態信息。該裝置可實現田間果實的遠程實時監測，顯著提高了工作效率，同時可為果樹的生產管理提供重要參考決策，有利於促進優質果品的生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明實施例提供的果實外觀品質自動監測裝置結構示意圖；
[0035]圖2為本發明實施例提供的伺服器端計算裝置結構圖；
[0036]其中，I參照物；2背景板；3照相裝置；4計算控制裝置；5通訊裝置；6支架；7底座。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖，對發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
[0038]實施例1:
[0039]如圖1所示，本發明實施例提供的一種果實外觀品質自動監測系統，所述自動監測系統包括:果實自動監測裝置、通訊裝置、伺服器端計算裝置。
[0040]所述果實自動監測裝置包括參照物1、背景板2、照相裝置3、計算控制裝置4、支架
6、底座7。
[0041]所述參照物I為已知大小、顏色的球形物體，外觀形狀與果實接近。球形參照物用硬線固定於結果枝上，與果實處於同一個垂直面上。
[0042]所述背景板2為已知顏色的平板，有利於圖像計算時目標果實的分割，同時也可用作果實顏色變化程度的參照物，背景板可用硬線固定於枝條上，也可用支架支撐，固定於目標果後方。
[0043]所述照相裝置3包括鏡頭和圖像傳感器。鏡頭採用高清視頻監控鏡頭，圖像傳感器採用CCD或CMOS圖像傳感器，用於獲取果實的圖像信號。
[0044]所述計算控制裝置4包括微控制器、圖像輸入AD轉換模塊、存儲模塊、顯示與設置界面，計算控制裝置用於控制照相裝置進行按實際要求進行定時拍照，將圖像進行轉換計算後的結果保存到存儲模塊，根據需要將照片發送到通訊裝置。顯示界面主要用於計算控制裝置的設置，包括調照相參數調整、照相時間間隔設置、照相次數等。
[0045]所述支架6為不鏽鋼材料，用於固定照相裝置、計算控制裝置。
[0046]所述支架6固定於底座7上。
[0047]優選的，通訊裝置5可通過有線或無線傳輸單元進行圖像信息傳輸，無線傳輸單元包括路由器、3G模塊。在果實自動監測裝置上監測到的果實數據通過3G模塊中的SIM卡將獲取的圖像信息發送到路由器，路由器通過有線或者無線的方式與伺服器處理裝置進行數據的交互。
[0048]如圖2所示，所述伺服器端圖像計算計算主要包括果實大小的計算，果實顏色的計算兩大部分。[0049]進一步的，所述果實大小計算可通過圖像計算實現目標果實分割，通過外接最大矩形的方法以獲得果實縱徑、橫徑的信息，將矩形框旋轉後以獲得果實的圓心位置。
[0050]進一步的，所述果實顏色計算可進行全果顏色計算，也可進行果實局部顏色計算。首先計算圖像中背景板的顏色值或球形參照物的顏色值，其次計算全果或局部果實顏色，例如以果實的圓心位置為中心，計算果實八分之一橫徑範圍的顏色值，通過與背景板或球形參照物的顏色值進行比較，以獲得果實固定位置的顏色信息。
[0051]本發明還提供了一種果實外觀品質自動監測方法，包括如下步驟:
[0052]S1、固定球形參照物、固定背景板；
[0053]S2、安裝支架照相裝置、計算控制裝置:將照相裝置、計算控制裝置固定於支架上，通過控制裝置顯示界面設置圖像採集參數，斷開照相裝置電源，計算控制裝置進入休眠；
[0054]S3、圖像獲取與傳輸:接通照相裝置電源，進行拍照、存儲、傳送；
[0055]S4、圖像計算計算:接收所述計算控制裝置傳輸的照片進行果實大小、顏色計算。
[0056]下面對本發明實施例進行詳細的說明:
[0057]一種果實外觀品質自動監測方法，包括如下步驟:
[0058]S1、球形參照物用硬線固定於較大的枝條上，並繞到結果枝上，與果實處於同一個垂直面上，當結果枝的位置由於果實的重量增大後發生變動時，球形參照物、目標果實會隨著結果枝運動同時運動，球形參照物與果實在立體空間上可保持固定的距離，有利進行果實大小的計算。背景板固定於目標果實後方，垂直於地面，並與目標果保持一定的距離，避免吹風時目標果撞擊背景板。
[0059]S2、根據果實的位置、攝相機鏡頭的特點選擇合適的地點安裝支架，將照相裝置、計算控制裝置固定於支架上。通過計算控制裝置的顯示界面設置圖像採集參數，包括照相參數、定時照相間隔時間、每次拍照張數等，設置完成後，計算控制裝置斷開照相裝置的電源，無線模塊和計算控制單元進入休眠狀態。
[0060]S3、設定的圖像採集時刻到達時，喚醒計算控制裝置，首先接通照相裝置的電源，接著進行拍照、存儲、傳送。相關工作完成後關閉照相裝置的電源。
[0061]S4、接收所述計算控制裝置傳輸的照片進行果實大小、顏色計算。
[0062]進一步的，所述步驟S4中所述果實大小計算還包括如下步驟:
[0063]對目標果實與參照物分割；
[0064]通過將目標果實圖形外接最大矩形，以獲得果實的最大縱橫徑位置，通過將球形參照物外接最大矩形，以獲得球形參照物圖形的直徑；
[0065]通過對目標果實外接矩形進行校正，將果實外接的矩形轉到水平位置；
[0066]計算圖片上果實縱橫徑大小，果實二分之一橫徑與二分之一縱徑處相交的位置確定為果實圓心位置；
[0067]獲取球形參照物的實際直徑與所述球形參照物圖形直徑的比例值；
[0068]將所述果實圖形的縱橫徑值與所述比例值計算獲得果實的實際縱橫徑值。
[0069]進一步的，所述步驟S4中所述果實顏色計算還包括如下步驟:
[0070]通過圖像計算獲得背景板的顏色值，並與背景板的實際顏色值進行對比，獲得當前光照條件下所產生的背景板顏色偏差值；
[0071]通過圖像計算獲得球形參照物的顏色值，並與球形參照物的實際顏色值進行對t匕，獲得當前光照條件下所產生的球形參照物顏色偏差值；
[0072]通過計算目標果實全果的顏色值與所述背景板顏色偏差值或球形參照物計算獲得目標果實的實際顏色值。
[0073]此外，本發明還可以對果實局部顏色進行計算，以果實圓心為中心，計算以果實八分之一橫徑為直徑的圓內的果實顏色值，這種方法可以實現定果、固定位置的果實顏色計算，可以反映果實固定位置顏色的動態變化規律。將獲得的顏色與背景板或球形參照物的顏色偏差值進行計算，以獲得果實局部的實際顏色值。
[0074]以上所述僅是本發明優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種果實外觀品質自動監測系統，其特徵在於，所述自動監測系統包括:果實自動監測裝置、通訊裝置、伺服器端計算裝置。 所述果實自動監測裝置，用於獲取果實圖像信息，監測果實的大小及顏色，並將圖像發送至所述通訊裝置； 所述通訊裝置(5)，用於接收和計算果實自動監測裝置發送來的信息數據，並將圖像發送至所述伺服器端計算裝置； 所述伺服器端計算裝置，用於接收所述通訊裝置傳輸的圖像信息，並對果實的大小及果實的顏色進行計算； 其中，所示果實自動監測裝置還包括參照物(I)、背景板(2 ); 所述參照物(I)為已知大小、顏色的物體； 所述背景板(2)為已知顏色的平板，固定於目標果實的後方。
2.如權利要求1所述的一種果實外觀品質自動監測系統，其特徵在於，所述參照物(I)為外觀形狀與果實相近的球形物體。
3.如權利要求1所述的一種果實外觀品質自動監測系統，其特徵在於，所述果實自動監測裝置還包括:照相裝置(3)、計算控制裝置(4)、支架(6)； 所述照相裝置(3)包括鏡頭和圖像傳感器； 所述計算控制裝置(4)包括微控制器、圖像輸入AD轉換模塊、存儲模塊、顯示與設置界面，用於對照相參數、照相時間間隔及照相次數進行調整與設置； 所述支架(6 )用於固定照相裝置(3 )和計算控制裝置(4 )。
4.如權利要求3所述的一種果實外觀品質自動監測系統，其特徵在於，所述照相裝置的圖像傳感器採用CXD或CMOS圖像傳感器。
5.如權利要求1所述的一種果實外觀品質自動監測系統，其特徵在於，所述通訊裝置(5)可以通過有線或無線傳輸單元進行圖像信息傳輸，所述無線傳輸單元包括路由器和3G模塊。
6.一種果實外觀品質自動監測方法，其特徵在於，所述果實大小計算包括如下步驟: 對目標果實、參照物、背景板分割； 通過將目標果實圖形外接最大矩形，以獲得果實的最大縱橫徑位置，通過將球形參照物外接最大矩形，以獲得球形參照物圖形的直徑； 通過對目標果實外接矩形進行校正，將果實外接的矩形轉到水平位置； 計算圖片上果實縱橫徑大小，果實二分之一橫徑與二分之一縱徑處相交的位置確定為果實圓心位置； 獲取球形參照物的實際直徑與所述球形參照物圖形直徑的比例值； 將所述果實圖形的縱橫徑值與所述比例值計算獲得果實的實際縱橫徑值。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述果實顏色計算包括如下步驟: 通過圖像計算獲得背景板的顏色值，並與背景板的實際顏色值進行對比，獲得當前光照條件下所產生的背景板顏色偏差值； 通過圖像計算獲得參照物的顏色值，並與參照物的實際顏色值進行對比，獲得當前光照條件下所產生的球形參照物顏色偏差值； 通過計算目標果實全果的顏色值與所述背景板顏色偏差值或參照物顏色偏差值計算獲得目標果實的實際顏色值。通過以果實圓 心為參照點，通過顏色計算可實現果實固定位置顏色的動態計算。
【文檔編號】G01N21/27GK103913124SQ201410100566
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】楊信廷, 陳梅香, 李明, 錢建平, 張勇, 孫傳恆, 李文勇, 周超, 杜曉偉, 王慧 申請人:北京農業信息技術研究中心