专利名称：野外环境玉米株高的监控方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置。
背景技术：
玉米是我国关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资之一，在我国的农业生产中占据着举足轻重的地位。株高是玉米植株长势情况最直接的反映，玉米株高整齐度与田间合理密植和玉米穗粒数之间存在很大程度的相关性。为实现玉米株高高效、便捷和稳定地监控，研究相关方法和装置，对于合理地分析玉米植株长势情况和提高玉米产量有着广泛和重要的意义。当前玉米株高的测量主要采用现场人工观测和手工测量实现，而在野外环境下，由于光照、温度、天气等大量不可控自然因素的存在，玉米植株的长势情况监控一直不能达 到现代智能农业发展的要求。野外作物生长环境的特点是环境多样、变化较快，尤其对视频图像监控设备的自适应性要求特别苛刻。我国的玉米生产在自然条件下实行大面积广阔区域的种植方式，在其长势监控方面，有线数据传输方式难以覆盖，只能采用GPRS无线传输技术对采集和处理后的图像进行传输，而目前基于GPRS的无线传输方式由于带宽限制等技术难题的存在，还难以完成野外作物高质量图像的传输。因此，在GPRS传输带宽有限的情况下，研制基于嵌入式的作物长势监控方法和装置，进行图像压缩和特征提取是野外环境作物生长图像监测的现实需求。随着现代农业信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式技术以其灵活性、兼容性和可移植性等特点取得了广阔的发展空间。现在国内主要是在可控环境下利用计算机视觉技术、图像处理技术、有线通信技术对作物株高长势监控进行研究，但其中存在诸多问题。首先，可控环境整体代价过高，需要付出较高的设施成本；其次，野外环境下的玉米作物长势监控整套系统的设计复杂，还不能实现在移动终端设备上的监控；再次，视频图像采集处理模块对于所获取的玉米植株图像的处理，没有达到应有的高效性和便捷性，其图像处理算法单一，应用环境比较苛刻，特别是不能适应野外环境中的光照、风动、雨雪等因素的影响，亟待改进；最后，由于野外环境的特殊性，很多地势和环境恶劣的地区，不能实现电能的有效输送，所以，野外监控设备或装置独立供电的实现上，现在还没有切实可行的方案。为了能够更好地实现野外环境下玉米植株长势情况的有效监控，特别是面对广阔的地域条件和复杂多变的野外环境，实现现代智能农业和精细农业在时空上进一步地延伸和发展的长远目标，需要急需克服影响野外环境下玉米植株长势情况有效监控的诸多不利因素，实现监控方法和装置低成本、高效性、便捷性和稳定性的现实目标。
发明内容
针对玉米植株图像在野外环境中受到风力影响而产生运动模糊问题，本发明提供一种用于野外环境下玉米株高的监控方法和装置，该方法主要包括以下技术方案
SI :摄像机三维标定；S2 :利用无线指令启动米集设备；S3 :数据处理传输模块根据指令读取第t帧玉米植株图像，并利用抗运动模糊嵌入式图像处理算法处理；S4 :对S3处理过的图像立体网格化，并进行区域匹配；S5 :对二维图像进行三维重建，计算玉米植株高度h ；S6:根据风速风向仪在t时刻所采集到的风速Vt和风向角0t，得到修正后的玉米植株高度H ；S7:对处理后的植株图像进行压缩编码，无线发送到移动终端供用户查看。
用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，该装置包括五部分固定结构模块、数据采集模块、数据处理传输模块、独立供电模块和移动终端。所述固定结构模块包括固定支架，直角支架，旋转支架，避雷针，接地设备。固定支架I固定于野外环境地面6 ;直角支架2用于固定数据采集模块；旋转支架3用于放置太阳能板11 ;安装在固定支架I顶部的避雷针4与固定支架I底部接地部件5 —起对整个置于野外环境中的监控装置起到相应的保护作用，整个固定设备可通过底盘螺丝7固定于地面6。所述数据采集模块包括CXD摄像头和风速风向仪。其中，双CXD摄像头8固定于直角支架2的下部，通过人工调试，保证摄像机获取最好视野和视距；风速风向仪9包括风向部分和风速部分，通过螺丝安装到直角支架2的上部。双CXD摄像头与风速风向仪通过数据线连接到数据传输模块10 ;通过电能传输线路连接到太阳能蓄电控制设备12，以获取采集模块工作时所需要的电力供应。所述数据处理传输模块10固定于固定支架I的一侧，其内部包含ARM处理器和无线传输模块。所述独立供电模块，太阳能电池板11安装于旋转支架3，太阳能蓄电控制设备12包括控制器和蓄电池两部分。太阳能蓄电设备负责整个监控装置的电能供应，其通过电缆分别连接到CXD摄像头、风速风向仪、太阳能电池板和数据处理传输模块。所述移动终端包括基于GPRS无线传输网络的智能手机13，能够连接无线网络的笔记本电脑14，平板电脑15等相关无线传输功能的可移动终端设备。本发明的有益效果在于(I)本发明设计了基于嵌入式的野外环境下玉米植株长势的监控装置，摆脱了无线监控对可控环境的依赖，降低了由可控环境所带来较高的设施成本，有力拓展了智能农业和精细农业的发展领域，推动了农业现代化过程中野外环境下作物长势监控研究的发展；(2)基于GPRS的无线通讯模块的引入，降低了野外环境下的玉米植株长势监控整套系统设计的复杂程度，实现了移动终端设备对野外环境植株的监控，由于野外环境的特殊性，很多地势和环境恶劣的地区，根本不能实现电能的有效输送，基于光伏发电的太阳能独立供电设备，有效地解决了这一难题；(3)本发明用于野外环境下玉米植株长势监控的方法，主要是解决了植株高度测量受到以风为主要自然因素影响的难题，算法打破了可控环境下目标图像处理的限制；
(4)本发明突破了可控环境的限制，显示了其适应野外环境监控的高效性，降低了硬件装置的成本，提高了用户的可操作性，扩大了用户对野外经济作物的监控范围，为以后的野外环境作物长势的监控提供了更加稳定、高效和便捷的手段，具有很大的市场潜力。
图I为本发明所述的野外环境玉米株高的监控装置；图2为本发明所述的双目视觉成像系统原理图；图3为本发明所述的玉米株高监控方法流程图；图4为本发明所述的玉米株高监控方法和装置的组成结构具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步详细描述。本实施利用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案本发明提供了一种用于野外环境中克服风为主要因素导致玉米植株图像运动模糊的处理方法，参见图3所示，包括以下步骤SI :对摄像机Cameraleft与Cameraright进行三维标定；S2 :利用移动终纟而向米集t旲块和处理传输t旲块发送指令，启动摄像机Cameralrft与Cameraright,采集模块开始采集视频流Streamleft和StreamrightA1=Kstreamleft为偏左方向的摄像机采集的视频流，Streamright为偏右方向所采集的视频流；S3 :处理和传输模块根据指令从Cameraleft与cameraHght分别读取第t巾贞玉米植株图像与
并对其进行预处理；S4 :对S3处理过的图像立体网格化，并进行区域匹配；S5 :对二维图像进行三维重建，计算玉米植株高度h ；S6 :根据风速风向仪在t时刻所采集到的风速Vt和风向Θ t，进行玉米植株高度的修正，得到修正后的玉米植株高度H ；S7:对处理后的植株图像进行压缩编码，无线发送到移动终端供用户查看。所述步骤SI，利用所获取到的玉米长势图像数据进行摄像机标定。本发明中，选取野外环境下目标区域事先标记点P与采集图像上的相应点m，存在如下关系λ
权利要求
1.本发明所述一种野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，装置部分包括固定结构模块、数据采集模块、数据处理传输模块、独立供电模块和移动终端。
2.根据权利要求I所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，所述的固定结构模块，其中，固定支架(I)被固定于野外环境地面(6);直角支架(2)用于固定数据采集模块；旋转支架(3)用于放置太阳能电池板(11);安装在固定支架(I)顶部的避雷针(4)与固定支架(I)底部接地部件(5)共同对整个置于野外环境中的监控装置起到相应的继电保护作用，整个固定设备可通过底盘螺丝(7)固定于地面(6)。
3.根据权利要求I所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，所述的数据采集模块，其中，双CCD摄像头(8)固定于直角支架(2)的下部；风速风向仪(9)包括风向部分和风速部分，通过螺丝固定于直角支架(2)的上部，双CXD摄像头与风速风向仪通过数据线连接到数据传输模块(10);数据采集模块通过电缆连接到太阳能蓄电控制装置(12)，以获取其工作时所需要的电力供应。
4.根据权利要求I所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，所述数据处理传输模块(10)固定于固定支架(I)的一侧，旋转支架(3)的下部，其内部主要包含ARM处理器以及集成在其上的无线通讯模块。
5.根据权利要求I所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，所述独立供电模块，其中，太阳能电池板(11)安装于旋转支架(3)，太阳能蓄电控制装置(12)包括控制器和蓄电池两部分。
6.本发明所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，其特征在于，方法部分主要包括三维标定、数据采集、嵌入式图像处理、三维重建、计算修正和压缩编码，该方法主要涉及一种野外环境中受风力影响玉米植株形变而产生的运动模糊的图像处理，本方法利用嵌入式立体视觉技术，即采用双目视觉系统和嵌入式图像处理方法，其中，数据处理传输模块通过读取CXD摄像机采集的第t帧图像，受风力影响的/皿ige。、i皿分别进行抗模糊处理，消除模糊效应，利用网格特征匹配，计算网格质心，完成植株的三维重建，进而计算玉米植株的株高h，利用从风速风向仪读取到的风速\和风向角0t，对h进行修正，得到更为精确的玉米株高H，经过处理后的图像经过压缩编码，通过无线传输模块发送到移动终端。
7.根据权利要求6所述一种用于野外环境玉米株高的监控方法，其特征在于，玉米植株长势监控的数据采集和处理过程完全在野外环境装置中完成，而操作人员只需要发送无线指令即可获取玉米植株相关长势信息，所述实验室中嵌入式开发平台主要包括安装在PC机上的Linux操作系统，在操作系统上安装相关应用程序的交叉编译工具、文件传输服务以及文件共享服务；调用CCD摄像头驱动程序底层接口函数，以完成对ARM的视频图像处理系统初始化、读取视频流、存入缓冲区、内存释放等操作；在基本的Linux内核中加载解码器驱动、图形界面等应用，重新编译成内核文件；制作Linux文件系统，并通过NFS服务挂载到ARM，进而完成测试工作。
全文摘要
本发明公开了属于嵌入式图像处理及野外作物长势远程无线监控领域的基于嵌入式技术和GPRS无线传输技术的玉米株高监控方法和装置。本发明包括装置部分和方法部分。装置部分数据采集模块利用了双目立体视觉原理；数据处理传输模块主要利用了嵌入式图像处理技术和GPRS无线传输技术；独立供电模块主要利用光伏发电系统为整个装置独立供电，克服了野外环境下没有电网覆盖的难题。方法部分嵌入式图像处理模块能够最大限度的消除野外环境下风力因素对于玉米植株图像所产生的影响，移动终端能够通过GPRS无线通讯系统发送无线指令，有效地遥控整个数据采集处理装置，获取所需要的玉米植株长势情况，并及时地做出相应的判断和决策。
文档编号G01B11/02GK102927916SQ20121050034
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者李振波, 王文聪, 李道亮, 姜宇, 方晶晶 申请人:中国农业大学