基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农林业灌溉领域，尤其涉及一种基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备。
【背景技术】
[0002]在农林业生产过程中，土壤的含水量关系着相关产品的产量。由于农林产品一般都含有大量的水，例如蔬菜含水90% — 95%。水替植物输送养分；水使植物枝叶保持婀娜多姿的形态，水参加光合作用，制造有机物，水的蒸发，使植物保持稳定的温度，不致被太阳灼伤。农林产品不仅含水量高，而且在生长的整个过程中都在消耗水。例如，I公斤玉米，是用368公斤水浇灌出来的；同样的，小麦是513公斤水，棉花是648公斤水，水稻竟高达1000公斤水。
[0003]但是，如果灌溉的水量过多，相反，会给农林产品的生长造成不利的影响。尤其对于葡萄来说，如果灌溉方式的不适当，会造成葡萄作物的水分胁迫。水分胁迫是一种植物现象，是植物由于气孔关闭，蒸腾受到限制，从而会影响植物的产量和果实的内在品质。因此，在提供给农产品必要的水资源的同时，也要注意不过要过度灌溉，这样，才能确保果实的产量和品质。
[0004]现有技术中对葡萄水分胁迫现象的检测是通过压力球或叶片气孔计等仪器，直接作用与葡萄上，这种检测方式耗时又低效，而且需要与葡萄的直接接触，容易形成因为接触而导致的检测误差量。
[0005]因此，需要一种新的葡萄水分胁迫现象的检测方案，不接触葡萄本身即可完成水分胁迫程度的检测，在保障检测准确性的同时也能保障检测的高效率和及时性。
【实用新型内容】
[0006]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备，利用土壤湿度和葡萄叶对可见光的折射率分别与水分胁迫程度的对应关系，以专业的土壤湿度检测器件和图像检测器件对土壤湿度和葡萄叶的反射亮度进行有效的检测，进一步确定葡萄的水分胁迫程度，保障整个检测过程准确高效，为葡萄的灌溉提供科学的参考数据。
[0007]根据本实用新型的一方面，提供了一种基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备，所述检测设备包括湿度传感器、图像采集器、图像处理器和AT89C51单片机，所述湿度传感器用于检测葡萄所在土壤的土壤湿度，所述图像采集器用于对该株葡萄的一片葡萄叶拍摄以获得葡萄叶图像，所述图像处理器与所述图像采集器连接，对所述葡萄叶图像执行图像处理，所述单片机与所述湿度传感器和所述图像处理器分别连接，基于所述土壤湿度和所述图像处理结果确定该株葡萄的水分胁迫值。
[0008]更具体地，在所述基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备中，还包括:亮度传感器，位于所述图像采集器上，用于检测所述图像采集器周围环境的环境亮度；照明光源，位于所述图像采集器上，用于为所述图像采集器的拍摄提供辅助照明；用户输入设备，用于根据用户的操作，输入预设环境亮度、最大水分胁迫值、葡萄叶上限灰度阈值和葡萄叶下限灰度阈值，所述葡萄叶上限灰度阈值和所述葡萄叶下限灰度阈值用于将图像中的葡萄叶和背景分离；静态存储器，与所述用户输入设备连接，用于接收并存储所述预设环境亮度、所述最大水分胁迫值、所述葡萄叶上限灰度阈值和所述葡萄叶下限灰度阈值；所述湿度传感器用于根据电磁波在土壤中传播频率的变化来测量土壤的表观介电常数，基于土壤的表观介电常数确定土壤湿度；所述图像采集器为一 CCD视觉传感器，所述采集的葡萄叶图像的分辨率为1920X1080 ;所述图像处理器与所述图像采集器和所述静态存储器分别连接，包括灰度化处理单元、图像分割单元、亮度提取单元和亮度统计单元，所述灰度化处理单元与所述图像采集器连接，用于对所述葡萄叶图像执行灰度化处理，以获得灰度化葡萄叶图像，所述图像分割单元与所述灰度化处理单元和所述静态存储器分别连接，将所述灰度化葡萄叶图像中灰度值在所述葡萄叶上限灰度阈值和所述葡萄叶下限灰度阈值之间的像素识别并组成葡萄叶子图案，所述亮度提取单元与所述图像分割单元连接，提取所述葡萄叶子图像中每一个像素的亮度，所述亮度统计单元与所述亮度提取单元连接，基于所述葡萄叶子图像中每一个像素的亮度，计算所述葡萄叶子图像的图像亮度，所述灰度化处理单元、所述图像分割单元、所述亮度提取单元和所述亮度统计单元分别采用不同的FPGA芯片来实现；所述单片机与所述亮度传感器、所述照明光源、所述湿度传感器、所述静态存储器和所述亮度统计单元分别连接，基于所述环境亮度调整所述照明光源的辅助照明光强度，使得所述环境亮度达到所述预设环境亮度，在所述环境亮度达到所述预设环境亮度时，启动所述图像采集器和所述图像处理器，并在启动所述图像采集器和所述图像处理器后，基于所述土壤湿度和所述图像亮度确定该株葡萄的水分胁迫值，还在该株葡萄的水分胁迫值大于等于所述最大水分胁迫值时，发出水分胁迫预警信号，在该株葡萄的水分胁迫值比所述最大水分胁迫值高50%时，发出水分胁迫报警信号；液晶显示屏，与所述单片机连接，用于实时显示与该株葡萄的水分胁迫值对应的文字提示信息，还用于实时显示与所述水分胁迫预警信号或所述水分胁迫报警信号对应的文字提示信息；双声道扬声器，与所述单片机连接，用于实时播放与该株葡萄的水分胁迫值对应的语音提示文件，还用于实时播放与所述水分胁迫预警信号或所述水分胁迫报警信号对应的语音提示文件；其中，所述单片机基于所述土壤湿度和所述图像亮度确定该株葡萄的水分胁迫值包括，所述图像亮度越高，确定的该株葡萄的水分胁迫值越大，所述土壤湿度越高，确定的该株葡萄的水分胁迫值越大；所述静态存储器还预先存储了土壤湿度、图像亮度和水分胁迫值的对照关系表，为所述单片机的水分胁迫值的确定提供数据参考。
[0009]更具体地，在所述基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备中，所述单片机基于所述环境亮度调整所述照明光源的辅助照明光强度，使得所述环境亮度达到所述预设环境亮度包括，所述单片机调整所述照明光源的辅助照明光强度使得所述照明光源的辅助照明光强度与所述环境亮度成反比。
[0010]更具体地，在所述基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备中，替换分别采用不同的FPGA芯片的实现方式，所述灰度化处理单元、所述图像分割单元、所述亮度提取单元和所述亮度统计单元被集成在一块FPGA芯片上。
[0011]更具体地，在所述基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备中，还包括:半封闭式外壳，用于容纳所述检测设备的各个电子部件，还用于容纳该株葡萄。
[0012]更具体地，在所述基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备中，所述单片机还包括RS-232串行通信接口，用于与所述亮度传感器、所述照明光源、所述湿度传感器、所述静态存储器和所述亮度统计单元分别连接。
【附图说明】
[0013]以下将结合附图对本实用新型的实施方案进行描述，其中:
[0014]图1为根据本实用新型实施方案示出的基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备的结构方框图。
[0015]图2为根据本实用新型实施方案示出的基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备的图像处理器的结构方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本实用新型的基于图像处理的葡萄水分胁迫检测设备的实施方案进行详细说明。
[0017]水是农林业发展的命脉，灌溉是农林业发展的保障，各个国家和地区都在大力发展本地的农田水利灌溉系统。日前，农林业一方面面临严重缺水、干旱的挑战；另一方面，存在着农田灌溉设施、灌水技术滞后发展，造成人为的水资源能源的过度浪费，农林产品的过度灌溉，这同样也极大地制约了农业向更高的发展。
[0018]葡萄是对过度灌溉较为敏感的农林产品之一。过度灌溉下的葡萄，会出现水分胁迫的情况，具体表现为:叶片卷曲、萎蔫的现