专利名称：基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及精准农业和机器视觉领域，具体地讲是一种基于嵌入式双相机平台的无线油桃果实生长速率监测系统。
背景技术：
目前，精确监测作物生长速率是发展精准农业的一个关键问题，也是智能温室生产的重要关键技术，因为温室自动控制是根据实际的作物长势，综合考虑各种环境因子的复合作用效果，人工控制栽培条件，以实现全周年的管理与生产。通过作物长势监测，可及时了解作物的生长状况、肥力、病虫害及作物营养状况，便于采取各种管理措施。利用机器视觉技术对作物生长进行监测具有无损、快速、实时等特点，它不仅可以检测温室内作物的叶片面积、叶片周长、径杆直径、叶柄夹角等外部生长参数，还可以根据果实表面颜色以及果实大小判别其成长速率，成熟度以及作物缺水施肥等情况。将嵌入式运用于机器视觉控制系统中已成为一种必然趋势，在嵌入式系统上实现实时视觉图像采集、视觉图像及控制， 具有构成处理速度快，成本低，结构紧凑，便于携带和安装等优点。油桃是桃类的一个改良品种，由于其着色好、单果重、口感佳、光滑无毛，外观美丽、品质优良，上世纪八十年代末开始在世界范围内推广。但该水果对气候、土壤的特殊要求，使推广范围受到较大限制。温室油桃不受地域限制，开始在多地进行推广种植，但生产管理水平普遍自动化程度不高。本发明设计的“基于嵌入式双相机平台的无线温室油桃果实生长速率监测系统”将提高温室油桃的生产管理效率，并有力推动油桃温室栽培技术的发展。
发明内容
本发明的目的是针对目前油桃的生产管理水平普遍自动化程度不高的问题，提出一种基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统。本发明的“基于嵌入式双相机平台的无线温室油桃果实生长速率监测系统”采用两台USB相机配合嵌入式技术和3G无线传输技术，对温室油桃果实生长实施远程实时监测，解决检测果实生长速率过程中数据采集以及数据远程传送方面的问题。本发明的技术方案是一种基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，它包括双相机模块、双核处理器和远程服务器，所述的双核处理器包括ARM模块和DSP模块，双相机模块作为监测系统的信号输入用于油桃的果实图像采集，双相机模块的信号输出端与 ARM模块的图像信号输入端相连，ARM模块与DSP模块双向连接，DSP模块用于处理图像数据，提取油桃果实体积，ARM模块通过3G通信模块与远程服务器进行通信。本发明的双相机模块和由ARM模块、DSP模块构成的双核处理器由太阳能电池板供电。
本发明的双相机模块包括两台USB相机，两台相机USB相机的镜头视线与果实图像的中心点的夹角为30° -60°，优选45°。本发明的双相机模块对目标果实进行拍摄时，在果实后方放置一个与拍摄平面垂直的黑色幕布。本发明的双核处理器包括多个USB接口、ARM模块、数据缓冲单元和DSP模块，所述的ARM模块通过HUB多端口转发器连接多个USB接口，通过USB接口与双相机模块相连， 接收图像数据，ARM模块通过HPI接口连接数据缓冲单元的一信号收发端，数据缓冲单元的另一信号收发端通过HPI接口连接DSP模块。本发明的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，包括以下步骤(1)对油桃果实的进行图像平滑和图像增强；(2)采用大津法进行图像背景分割；(3)区域标记法求取最大连通区域；(4)通过圆台法计算果实体积，得到最终的体积计算模型。本发明的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，还包括通过实验室排水法对体积计算模型进行拟合校验的步骤。本发明的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，具体包括以下步骤(I)、图像平滑，通过中值滤波实现，具体过程是采用的3*3的8邻域滤波窗口，将窗口在图像中遍历，并将窗口中心与图像的任一像素对应，读取窗口所包含的图像像素灰度值，将这9个灰度值进行大小排序，取灰度大小位于中间的值作为窗口的输出，并将其赋予窗口中心的像素,做为该像素滤波后的灰度值，完成中值滤波；(2)、图像增强，通过线性灰度变换法实现，具体过程是将平滑后的图像f(x，y) 变换至图像g(x，y)，灰度范围由[a，b]扩展至[c，d]，则线性变换为
权利要求
1.一种基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是它包括双相机模块、双核处理器和远程服务器，所述的双核处理器包括ARM模块和DSP模块，双相机模块作为监测系统的信号输入用于油桃的果实图像采集，双相机模块的信号输出端与ARM模块的图像信号输入端相连，ARM模块与DSP模块双向连接，DSP模块用于处理图像数据，提取油桃果实体积，ARM模块通过3G通信模块与远程服务器进行通信。
2.根据权利要求I所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的双相机模块和由ARM模块、DSP模块构成的双核处理器由太阳能电池板供电。
3.根据权利要求I所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的双相机模块包括两台USB相机，两台相机USB相机的镜头视线与果实图像的中心点的夹角为30° -60°，优选45°。
4.根据权利要求3所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的双相机模块对目标果实进行拍摄时，在果实后方放置一个与拍摄平面垂直的黑色幕布。
5.根据权利要求I所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的双核处理器包括多个USB接口、ARM模块、数据缓冲单元和DSP模 ±夹，所述的ARM模块通过HUB多端口转发器连接多个USB接口，通过USB接口与双相机模块相连，接收图像数据，ARM模块通过HPI接口连接数据缓冲单元的一信号收发端，数据缓冲单元的另一信号收发端通过HPI接口连接DSP模块。
6.根据权利要求1-5之一所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，包括以下步骤 (I)对油桃果实的进行图像平滑和图像增强；(2)采用大津法进行图像背景分割；(3)区域标记法求取最大连通区域；(4)通过圆台法计算果实体积，得到最终的体积计算模型。
7.根据权利要求6所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，还包括通过实验室排水法对体积计算模型进行拟合校验的步骤。
8.根据权利要求6所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是所述的DSP模块对油桃果实的图像进行处理，具体包括以下步骤(1)、图像平滑，通过中值滤波实现，具体过程是采用的3*3的8邻域滤波窗口，将窗口在图像中遍历，并将窗口中心与图像的任一像素对应，读取窗口所包含的图像像素灰度值， 将这9个灰度值进行大小排序，取灰度大小位于中间的值作为窗口的输出，并将其赋予窗口中心的像素，做为该像素滤波后的灰度值，完成中值滤波；(2)、图像增强，通过线性灰度变换法实现，具体过程是将平滑后的图像f(x，y)变换至图像g(x，y)，灰度范围由[a, b]扩展至[c, d],则线性变换为g{x, y) = ^~- * /U，y) + c D - a其中，C，d分别取0和255。(3)、图像背景分割，采用大津法进行图像背景分割，具体过程是对于平滑、增强处理后的图像，其像素数为N，灰度范围取为
，在灰度级K处将灰度数据分成两组C。=
和
9.根据权利要求8所述的基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，其特征是它还包括步骤(6)、拟合校验根据圆台法得到果实体积后，建立果实生长的体积预测模型，通过实验室排水法获取目标果实的准确体积，建立基于实验数据的果实体积模型，定期对圆台法算得的数据进行拟合校验，如果圆台法算得的数据与排水法获取的数据一致，则校验通过，确定圆台法得到的体积预测模型正确，得到体积测定结果；如果圆台法算得的数据与排水法获取的数据不一致，则校验不通过，修正圆台法得到的体积预测模型，重新拟合校验步骤直到圆台法算得的数据与排水法获取的数据一致，校验通过。
全文摘要
一种基于嵌入式双相机平台的智能温室油桃果实生长速率无线监测系统，包括双相机模块、双核处理器和远程服务器，所述的双核处理器包括ARM模块和DSP模块，双相机模块作为监测系统的信号输入用于油桃的果实图像采集，双相机模块的信号输出端与ARM模块的图像信号输入端相连，ARM模块与DSP模块双向连接，DSP模块用于处理图像数据，提取油桃果实体积，ARM模块通过3G通信模块与远程服务器进行通信。本发明采用两台USB相机配合嵌入式技术和3G无线传输技术，对温室油桃果实生长实施远程实时监测，解决检测果实生长速率过程中数据采集以及数据远程传送方面的问题。
文档编号G01P3/68GK102608349SQ20121004054
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者刘政, 刘永华, 刘龙申, 孙玉文, 张阳, 施国杰, 沈明霞, 熊迎军, 路顺涛, 陆明洲, 陈林锋 申请人:南京农业大学