专利名称：植物病虫害信息获取系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种植物病虫害防治领域，尤其涉及一种植物病虫害 信息获取系统及方法。
背景技术：
病虫害的监测与防治是农业生产中的重要课题。例如，黄瓜是温 室内种植的最多的生食蔬菜，而黄瓜的病虫害对黄瓜生长和产量的危 害十分严重，为防御病虫害引起的农药和化学药品的大量使用，不但 污染了环境，而且每年引起大量施药人员中毒。现有技术中使用的普 通病虫害检测方法在实际农业生产中需要取样、测定、数据分析等方 面的工作，实时性差，无法满足生产实践的实际需求，而且观测人员
的经验等主观因素对病害的判别有很大的不确定性；而基于分子水平 的检测方法，对操作人员的专业要求高，实时性差，成本较高。
随着计算机的迅速发展，农业已经迈入了高度信息化、智能化时 期。植物病虫害的信息获取技术更是精细农业中不可或缺的部分。植 物病虫害信息获取的主要任务是区分病害部位、背景信息和干扰噪 音，并评价病害严重程度，以便为施药机械提供可靠的参数，并最终 完成施药作业。因此，视觉部分信息处理准确与否直接关系到最终施 药机械的工作效率和执行精度。农业环境非结构化、作业空间结构复 杂、背景信息多义及弱鲁棒性，对视觉感知提出更高的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够准确、快速、 实时地检测植物病虫害信息的系统及方法，该系统适用于多种篱笆型 蔬菜信息的釆集，该方法尤其适用于黄瓜病虫害信息的检测。
为解决上述技术问题，本发明提供 一 种植物病虫害信息获取系统，包括
两个彩色CCD ( Charge Coupled Device,电荷耦合器件)摄像头， 用于获取被测植物的植株图像；
摄像头固定装置，用于固定彩色CCD摄像头；
图像采集卡，与彩色CCD摄像头连接，且与处理器连接，用于 釆集被测植物的植株图像，并将该植株图像输入处理器；和
处理器，用于处理植株图像，以获取被测植物的病虫害信息。
其中，摄像头固定装置可以包括横梁，两个彩色CCD摄像头可 以分别位于横梁的两侧。
其中，摄像头固定装置可以包括两个摄像头角度调节装置，两个 彩色CCD摄像头可以分别安装于两个摄像头角度调节装置上。
其中，摄像头角度调节装置还可以包括旋转定位螺栓、连接板和 转动轴，旋转定位螺栓用于调节连接板绕转动轴旋转，从而调整彩色 CCD摄像头的角度。
其中，摄像头角度调节装置还可以包括固定滑块，安装于横梁上， 用于调整两个彩色CCD摄像头的相对位置。
其中，彩色CCD摄像头的角度的调节范围可以为0° ~80° 。
本发明还提供 一种植物病虫害信息获取方法，其利用上述的植物 病虫害信息获取系统获取植物病虫害信息，包括以下步骤
Sl，釆集被测植物的植株图像；
S2，根据被测植物的叶片的图像信息将植株图像从RGB空间转 换到YCbCr空间；
53, 分离植株图像中的背景图像，并去除植株图像中的干扰图像;
54, 确定被测植物的病虫害部位，并根据病虫害部位的病斑判断 病虫害的种类和程度。
其中，被测植物的叶片的图像信息可以包括红色、绿色及蓝色三 个通道的图像信息。其中，背景图像可以包括土壤和天空的背景图像。 其中，干扰图像可以包括拉线和竹竿的图像。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点本发明通过 双目视觉方法获取图像，并针对信息获取系统工作在非结构化环境 下，空间结构的复杂、自然光照产生的阴影噪声、病害信息与背景颜 色相近的难点，提出了一种植物病虫害信息获取方法，从而实现了植 物病虫害信息的获取和病害严重程度的评价，提高了可靠性和实时 性。
图i是本发明实施例的系统结构图； 图2是本发明实施例的系统中摄像头固定装置的结构示意图； 图3是图2的摄像头角度调节装置的左视图； 图4是本发明实施方式的方法流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细 说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图i是本发明实施例的系统结构图；图2是图l的摄像头固定装 置的结构示意图；图3是图2的摄像头角度调节装置的左视图。如图
l至3所示，依据本发明实施例的植物病虫害信息获取系统包括两 个彩色CCD摄像头1，用于获取被测植物的植株图像；
摄像头固定装置，用于固定彩色CCD摄像头1;
图像采集卡9 (例如可以为两张)，与彩色CCD摄像头l连接， 且安装于计算机内部的插槽上，与计算机内部的处理器IO连接，用 于釆集被测植物的植株图像，并将该植株图像输入处理器；和
处理器IO，用于处理植株图像，以获取被测植物的病虫害信息。 例如，计算机可以通过两个RS-232串口线分别与彩色CCD摄像头连 接，计算机通过这两个串口分别控制这两个摄像头。
6其中，摄像头固定装置可以包括横梁3，两个彩色CCD摄像头1
可以分别位于横梁3的两侧。
其中，摄像头固定装置可以包括两个摄像头角度调节装置，两个
彩色CCD摄像头可以分别安装于两个摄像头角度调节装置上。
其中，各摄像头角度调节装置还可以包括旋转定位螺栓7、连接 板，如L型连接板6，和转动轴8，旋转定位螺栓7用于调节L型连 接板6绕转动轴8旋转，从而调整彩色CCD摄像头1的角度。
其中，摄像头角度调节装置还可以包括固定滑块2，安装于横梁 3上，用于沿横梁3滑动以调整两个彩色CCD摄像头1的相对位置。
其中，彩色CCD摄像头1的角度的调节范围可以为0。 80° (与 垂直地面的夹角)。
本发明系统的彩色CCD摄像头1的高度通过伸缩杆4调节，调 节范围为1.2m 3.0m。釆集时彩色CCD摄像头1的工作距离为0.6 m,釆集区域范围为1.8 x 0.9 m2。整体的摄像头固定装置可通过支架 5固定在地面上，同时通过摄像头固定装置也可以使彩色CCD摄像 头1方便地固定在温室内或者农业机器人移动平台上。
本发明的实施方式还提供了 一种植物病虫害信息获取方法，其利 用上述的植物病虫害信息获取系统获取植物病虫害信息，图4是本发 明实施方式的方法流程图。如图4所示，该方法包括以下步骤
Al，当获取植物病虫害信息时，首先将彩色CCD摄像头固定装 置放置在合适的位置，使要釆集的植株处于彩色CCD摄像头的视场 内。彩色CCD摄像头开始连续釆集植株图像；
A2，彩色RGB图像通过图像采集卡输入计算机，计算机中的图 像分析处理软件分析三通道的特点，并将RGB颜色空间转换到 YCbCr颜色空间；
A3,由于光照条件的不断变化，对釆集到稳定亮度均值的图像 造成很大的困难，因此通过提取色差分量Cb和Cr的分布信息，分离土壤和天空背景，去除拉线、竹竿等干扰因素；
A4,提取被测植株的病害信息，判断被测植物是否感染病害、 判断病害的种类及病害部位出现的位置。每幅图片检测时间3s左右。
结合农艺适当改变黄瓜的种植模式，使黄瓜生长方式有利于信息
采集是必要的。为保证将有效的病虫害信息的获取，黄瓜垄宽400 mm，垄内作物单行栽培，株距400mm，被釆集植株的叶片分布于离 地面300mm以上区域。针对黄瓜叶片的趋光性和黄瓜植株成三角形 的特点，在拉线种植时，拉线上端缠于藤架顶部横梁，下端系在黄瓜 主茎下端，拉线垂直高度为1800mm，黄瓜藤蔓沿拉线生长，整枝方 式釆用放蔓法，株型调整通过打杈、打老叶、摘巻须、疏花和疏果方 式进行，特别是应当摘除地面附近的老叶，减少消耗，同时保证了叶 片最低离地面300 mm左右。
由此可以看出，本发明的技术方案通过双目视觉方法(即通过"双 目"--两个平行的摄像头，获取图像，通过图像拼接可以获得大幅面 的图像，从而一次采集到几株黄瓜的病害信息，对于后续的施药系统 等提供更丰富的信息。)获取图像，即通过两个摄像头获取图像，并 针对信息获取系统工作在非结构化环境下，空间结构的复杂、自然光 照产生的阴影噪声、病害信息与背景颜色相近的难点，提出了一种植 物病虫害信息获取方法，从而实现了植物病虫害信息的获取和病害严 重程度的评价，提高了可靠性和实时性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种植物病虫害信息获取系统，包括两个彩色CCD摄像头，用于获取被测植物的植株图像；摄像头固定装置，用于固定所述彩色CCD摄像头；图像采集卡，与所述彩色CCD摄像头连接，且与处理器连接，用于采集所述被测植物的植株图像，并将该植株图像输入所述处理器；和处理器，用于处理所述植株图像，以获取所述被测植物的病虫害信息。
2、 如权利要求l所述的植物病虫害信息获取系统，其特征在于，所述摄像头固定装置包括横梁，所述两个彩色CCD摄像头分别位于所述横梁的两侧。
3、 如权利要求2所述的植物病虫害信息获取系统，其特征在于，所述摄像头固定装置包括两个摄像头角度调节装置，所述两个彩色CCD摄像头分别安装于所述两个摄像头角度调节装置上。
4、 如权利要求3所述的植物病虫害信息获取系统，其特征在于，所述摄像头角度调节装置还包括旋转定位螺栓、连接板和转动轴，所述旋转定位螺栓用于调节所述连接板绕所述转动轴旋转，从而调整所述彩色CCD摄像头的角度。
5、 如权利要求3所述的植物病虫害信息获取系统，其特征在于,所述摄像头角度调节装置还包括固定滑块，安装于所述横梁上，用于调整所述两个彩色CCD摄像头的相对位置。
6、 如权利要求4所述的植物病虫害信息获取系统，其特征在于，所述彩色CCD摄像头的角度的调节范围为0° 80° 。
7、 一种植物病虫害信息获取方法，其利用权利要求1至6之任一所述的植物病虫害信息获取系统获取植物病虫害信息，包括以下步Sl,采集被测植物的植株图像；S2，根据所述被测植物的叶片的图像信息将所述植株图像从RGB空间转换到YCbCr空间；S3，分离所述植株图像中的背景图像，并去除所述植株图像中的干扰图像；S4，确定所述被测植物的病虫害部位，并根据所述病虫害部位的病斑判断病虫害的种类和程度。
8、 如权利要求7所述的植物病虫害信息获取方法，其特征在于，所述被测植物的叶片的图像信息包括红色、绿色及蓝色三个通道的图像信息。
9、 如权利要求7所述的植物病虫害信息获取方法，其特征在于，所述背景图像包括土壤和天空的背景图像。
10、 如权利要求7所述的植物病虫害信息获取方法，其特征在于，所述干扰图像包括拉线和竹竿的图像。
全文摘要
本发明公开了一种植物病虫害信息获取系统及方法。该系统包括两个彩色CCD摄像头，用于获取被测植物的植株图像；摄像头固定装置，用于固定所述彩色CCD摄像头；图像采集卡，与所述彩色CCD摄像头连接，且与处理器连接，用于采集所述被测植物的植株图像，并将该植株图像输入所述处理器；和处理器，用于处理所述植株图像，以获取所述被测植物的病虫害信息。本发明通过双目视觉方法获取图像，并针对信息获取系统工作在非结构化环境下，空间结构的复杂、自然光照产生的阴影噪声、病害信息与背景颜色相近的难点，提出了一种植物病虫害信息获取方法，从而实现了植物病虫害信息的获取和病害严重程度的评价，提高了可靠性和实时性。
文档编号H04N7/18GK101646068SQ20091009204
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者张俊雄, 曹峥勇, 伟 李, 耿长兴 申请人:中国农业大学