果实外观品质自动监测系统及监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种果实外观品质自动监测系统及监测方法。该系统包括果实自动监测装置、通讯装置、服务器端计算装置，通过果实自动监测装置获取果实图像信息，通过传输装置将图片传到服务器，通过图像计算获取果实大小、颜色动态变化信息，为果树的生产管理提供重要参考信息。该系统采用外接最大矩形与参照物相结合的方法实现果实大小的计算，通过与背景板或参照物对比颜色偏差实现果实的实际颜色的计算，该监测系统和监测方法可实现田间果实的远程实时监测，显著提高了工作效率，同时可为果树的生产管理提供重要参考决策，有利于促进优质果品的生产。
【专利说明】果实外观品质自动监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农作物信息【技术领域】，具体涉及一种果实外观品质自动监测系统及监测方法。
【背景技术】
[0002]果实的生长发育动态影响到果实的最终品质，决定着果品的商品价格。对果实生长发育动态的测量不仅要关注果实大小的变化，还需要关注果实颜色的变化。目前果实大小主要靠人工定期用游标卡尺到田间进行测量，颜色信息获取主要用色差仪或比色卡进行测量。这种测量方法不连续，且容易受天气的影响，导致不能按时测量，另外人工测量劳动强度大，耗时长，难以实时把握果实生长的全过程。随着机器视觉的广泛应用，机器视觉在农业领域的应用也逐渐增多，但目前应用机器视觉大多进行比较粗泛的监测，如获取一些图像信息、远程进行查看等。
[0003]专利201310385269于葡萄架上固定尺子，以尺子作为参照物来估计葡萄枝条的生长情况，这种方法省时、省力，适合评价平面方向上枝条或果实的生长情况。Zeng等在设施栽培中将葡萄枝固定在垂直的木板上，采用数码相机进行葡萄果实生长的自动监测(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.)。而蔷薇科乔木类果树枝、叶、果的生长具有很强的空间立体性，果实的位置从刚开始结果到最后采收时会发生较大的变化，因此蔷薇科乔木类果树果实的生长难以用一个固定的参考平面进行评价。
[0004]专利201310007369发明了一种利用数码相机测定苹果果实着色的方法，该方法利用数码相机在田间获取果实图像，然后将图片导入计算机进行计算，获取苹果的颜色特征。该方法开始尝试苹果颜色新的评价方法，但该方法需人工到田间照相，所获取的数据缺乏连续性、实时性。
[0005]专利201210040542发明了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。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。该专利未对果实的颜色进行计算。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的缺陷，提供一种果实外观品质自动监测系统及监测方法，该系统通过果实自动监测装置获取带有参照物和背景板的果实图像信息，通过传输装置将图片传到服务器，通过图像计算获取果实大小、颜色动态变化信息，为果树的生产管理提供重要参考信息。
[0008](二)技术方案[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供一种果实外观品质自动监测系统，所述自动监测系统包括:果实自动监测装置、通讯装置、服务器端计算装置。
[0010]所述果实自动监测装置，用于监测果实的大小及颜色，并将图像发送至所述通讯装置；
[0011]所述通讯装置，用于接收和计算果实自动监测装置发的信息数据，并将图像发送至所述服务器端计算装置；
[0012]所述服务器端计算装置，用于接收所述通讯装置传输的图像信息，并对果实的大小及果实的颜色进行计算计算；
[0013]优选的，所述果实自动监测装置还包括参照物、背景板、照相装置、计算控制装置、支架、底座。
[0014]所述参照物为已知大小、颜色的球形物体；
[0015]所述背景板为已知颜色的平板，固定于目标果实的后方。
[0016]所述照相装置包括镜头和图像传感器。
[0017]所述计算控制装置包括微控制器、图像输入AD转换模块、存储模块、显示与设置页面。
[0018]所述支架为不锈钢材料，用于固定照相装置和计算控制装置。
[0019]所述支架固定于所述底座上。
[0020]优选的，所述通讯装置可通过有线或无线传输的单元进行图像信息传输，其中无线传输单元包括路由器和3G模块。在果实自动监测装置上监测到的果实数据通过3G模块中的SM卡将获取的图像信息发送到路由器，路由器通过有线或者无线的方式与服务器处理装置进行数据的交互。
[0021]一种果实外观品质自动监测方法，其特征在于，所述果实大小计算包括如下步骤:
[0022]对目标果实、参照物、背景板分割；
[0023]通过将目标果实图形外接最大矩形，以获得果实的最大纵横径位置，通过将球形参照物外接最大矩形，以获得球形参照物图形的直径；
[0024]通过对目标果实外接矩形进行校正，将果实外接的矩形转到水平位置；
[0025]计算图片上果实纵横径大小，果实二分之一横径与二分之一纵径处相交的位置确定为果实圆心位置；
[0026]获取球形参照物的实际直径与所述球形参照物图形直径的比例值；
[0027]将所述果实图形的纵横径值与所述比例值计算获得果实的实际纵横径值。
[0028]一种果实外观品质自动监测方法，其特征在于，所述果实颜色计算包括如下步骤:
[0029]通过图像计算获得背景板的颜色值，并与背景板的实际颜色值进行对比，获得当前光照条件下所产生的背景板颜色偏差值；
[0030]通过图像计算获得球形参照物的颜色值，并与球形参照物的实际颜色值进行对t匕，获得当前光照条件下所产生的球形参照物颜色偏差值；
[0031]通过计算目标果实全果的颜色值与所述背景板颜色偏差值或球形参照物颜色偏差值计算获得目标果实的实际颜色值。[0032](三)有益效果
[0033]本发明的上述技术方案具有如下优点:可以根据需要实时获取带有参照物和背景板的田间果实图像，通过无线装置将图像传到远程服务器，经图像计算后可获得果实大小、颜色的动态信息。该装置可实现田间果实的远程实时监测，显著提高了工作效率，同时可为果树的生产管理提供重要参考决策，有利于促进优质果品的生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例提供的果实外观品质自动监测装置结构示意图；
[0035]图2为本发明实施例提供的服务器端计算装置结构图；
[0036]其中，I参照物；2背景板；3照相装置；4计算控制装置；5通讯装置；6支架；7底座。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图，对发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0038]实施例1:
[0039]如图1所示，本发明实施例提供的一种果实外观品质自动监测系统，所述自动监测系统包括:果实自动监测装置、通讯装置、服务器端计算装置。
[0040]所述果实自动监测装置包括参照物1、背景板2、照相装置3、计算控制装置4、支架
6、底座7。
[0041]所述参照物I为已知大小、颜色的球形物体，外观形状与果实接近。球形参照物用硬线固定于结果枝上，与果实处于同一个垂直面上。
[0042]所述背景板2为已知颜色的平板，有利于图像计算时目标果实的分割，同时也可用作果实颜色变化程度的参照物，背景板可用硬线固定于枝条上，也可用支架支撑，固定于目标果后方。
[0043]所述照相装置3包括镜头和图像传感器。镜头采用高清视频监控镜头，图像传感器采用CCD或CMOS图像传感器，用于获取果实的图像信号。
[0044]所述计算控制装置4包括微控制器、图像输入AD转换模块、存储模块、显示与设置界面，计算控制装置用于控制照相装置进行按实际要求进行定时拍照，将图像进行转换计算后的结果保存到存储模块，根据需要将照片发送到通讯装置。显示界面主要用于计算控制装置的设置，包括调照相参数调整、照相时间间隔设置、照相次数等。
[0045]所述支架6为不锈钢材料，用于固定照相装置、计算控制装置。
[0046]所述支架6固定于底座7上。
[0047]优选的，通讯装置5可通过有线或无线传输单元进行图像信息传输，无线传输单元包括路由器、3G模块。在果实自动监测装置上监测到的果实数据通过3G模块中的SIM卡将获取的图像信息发送到路由器，路由器通过有线或者无线的方式与服务器处理装置进行数据的交互。
[0048]如图2所示，所述服务器端图像计算计算主要包括果实大小的计算，果实颜色的计算两大部分。[0049]进一步的，所述果实大小计算可通过图像计算实现目标果实分割，通过外接最大矩形的方法以获得果实纵径、横径的信息，将矩形框旋转后以获得果实的圆心位置。
[0050]进一步的，所述果实颜色计算可进行全果颜色计算，也可进行果实局部颜色计算。首先计算图像中背景板的颜色值或球形参照物的颜色值，其次计算全果或局部果实颜色，例如以果实的圆心位置为中心，计算果实八分之一横径范围的颜色值，通过与背景板或球形参照物的颜色值进行比较，以获得果实固定位置的颜色信息。
[0051]本发明还提供了一种果实外观品质自动监测方法，包括如下步骤:
[0052]S1、固定球形参照物、固定背景板；
[0053]S2、安装支架照相装置、计算控制装置:将照相装置、计算控制装置固定于支架上，通过控制装置显示界面设置图像采集参数，断开照相装置电源，计算控制装置进入休眠；
[0054]S3、图像获取与传输:接通照相装置电源，进行拍照、存储、传送；
[0055]S4、图像计算计算:接收所述计算控制装置传输的照片进行果实大小、颜色计算。
[0056]下面对本发明实施例进行详细的说明:
[0057]一种果实外观品质自动监测方法，包括如下步骤:
[0058]S1、球形参照物用硬线固定于较大的枝条上，并绕到结果枝上，与果实处于同一个垂直面上，当结果枝的位置由于果实的重量增大后发生变动时，球形参照物、目标果实会随着结果枝运动同时运动，球形参照物与果实在立体空间上可保持固定的距离，有利进行果实大小的计算。背景板固定于目标果实后方，垂直于地面，并与目标果保持一定的距离，避免吹风时目标果撞击背景板。
[0059]S2、根据果实的位置、摄相机镜头的特点选择合适的地点安装支架，将照相装置、计算控制装置固定于支架上。通过计算控制装置的显示界面设置图像采集参数，包括照相参数、定时照相间隔时间、每次拍照张数等，设置完成后，计算控制装置断开照相装置的电源，无线模块和计算控制单元进入休眠状态。
[0060]S3、设定的图像采集时刻到达时，唤醒计算控制装置，首先接通照相装置的电源，接着进行拍照、存储、传送。相关工作完成后关闭照相装置的电源。
[0061]S4、接收所述计算控制装置传输的照片进行果实大小、颜色计算。
[0062]进一步的，所述步骤S4中所述果实大小计算还包括如下步骤:
[0063]对目标果实与参照物分割；
[0064]通过将目标果实图形外接最大矩形，以获得果实的最大纵横径位置，通过将球形参照物外接最大矩形，以获得球形参照物图形的直径；
[0065]通过对目标果实外接矩形进行校正，将果实外接的矩形转到水平位置；
[0066]计算图片上果实纵横径大小，果实二分之一横径与二分之一纵径处相交的位置确定为果实圆心位置；
[0067]获取球形参照物的实际直径与所述球形参照物图形直径的比例值；
[0068]将所述果实图形的纵横径值与所述比例值计算获得果实的实际纵横径值。
[0069]进一步的，所述步骤S4中所述果实颜色计算还包括如下步骤:
[0070]通过图像计算获得背景板的颜色值，并与背景板的实际颜色值进行对比，获得当前光照条件下所产生的背景板颜色偏差值；
[0071]通过图像计算获得球形参照物的颜色值，并与球形参照物的实际颜色值进行对t匕，获得当前光照条件下所产生的球形参照物颜色偏差值；
[0072]通过计算目标果实全果的颜色值与所述背景板颜色偏差值或球形参照物计算获得目标果实的实际颜色值。
[0073]此外，本发明还可以对果实局部颜色进行计算，以果实圆心为中心，计算以果实八分之一横径为直径的圆内的果实颜色值，这种方法可以实现定果、固定位置的果实颜色计算，可以反映果实固定位置颜色的动态变化规律。将获得的颜色与背景板或球形参照物的颜色偏差值进行计算，以获得果实局部的实际颜色值。
[0074]以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种果实外观品质自动监测系统，其特征在于，所述自动监测系统包括:果实自动监测装置、通讯装置、服务器端计算装置。 所述果实自动监测装置，用于获取果实图像信息，监测果实的大小及颜色，并将图像发送至所述通讯装置； 所述通讯装置(5)，用于接收和计算果实自动监测装置发送来的信息数据，并将图像发送至所述服务器端计算装置； 所述服务器端计算装置，用于接收所述通讯装置传输的图像信息，并对果实的大小及果实的颜色进行计算； 其中，所示果实自动监测装置还包括参照物(I)、背景板(2 ); 所述参照物(I)为已知大小、颜色的物体； 所述背景板(2)为已知颜色的平板，固定于目标果实的后方。
2.如权利要求1所述的一种果实外观品质自动监测系统，其特征在于，所述参照物(I)为外观形状与果实相近的球形物体。
3.如权利要求1所述的一种果实外观品质自动监测系统，其特征在于，所述果实自动监测装置还包括:照相装置(3)、计算控制装置(4)、支架(6)； 所述照相装置(3)包括镜头和图像传感器； 所述计算控制装置(4)包括微控制器、图像输入AD转换模块、存储模块、显示与设置界面，用于对照相参数、照相时间间隔及照相次数进行调整与设置； 所述支架(6 )用于固定照相装置(3 )和计算控制装置(4 )。
4.如权利要求3所述的一种果实外观品质自动监测系统，其特征在于，所述照相装置的图像传感器采用CXD或CMOS图像传感器。
5.如权利要求1所述的一种果实外观品质自动监测系统，其特征在于，所述通讯装置(5)可以通过有线或无线传输单元进行图像信息传输，所述无线传输单元包括路由器和3G模块。
6.一种果实外观品质自动监测方法，其特征在于，所述果实大小计算包括如下步骤: 对目标果实、参照物、背景板分割； 通过将目标果实图形外接最大矩形，以获得果实的最大纵横径位置，通过将球形参照物外接最大矩形，以获得球形参照物图形的直径； 通过对目标果实外接矩形进行校正，将果实外接的矩形转到水平位置； 计算图片上果实纵横径大小，果实二分之一横径与二分之一纵径处相交的位置确定为果实圆心位置； 获取球形参照物的实际直径与所述球形参照物图形直径的比例值； 将所述果实图形的纵横径值与所述比例值计算获得果实的实际纵横径值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述果实颜色计算包括如下步骤: 通过图像计算获得背景板的颜色值，并与背景板的实际颜色值进行对比，获得当前光照条件下所产生的背景板颜色偏差值； 通过图像计算获得参照物的颜色值，并与参照物的实际颜色值进行对比，获得当前光照条件下所产生的球形参照物颜色偏差值； 通过计算目标果实全果的颜色值与所述背景板颜色偏差值或参照物颜色偏差值计算获得目标果实的实际颜色值。通过以果实圆 心为参照点，通过颜色计算可实现果实固定位置颜色的动态计算。
【文档编号】G01N21/27GK103913124SQ201410100566
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】杨信廷, 陈梅香, 李明, 钱建平, 张勇, 孙传恒, 李文勇, 周超, 杜晓伟, 王慧 申请人:北京农业信息技术研究中心