一种智能化移动车载式远程作物数字图像采集系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能化移动车载式远程作物数字图像采集系统及其方法，属于智能化农业机械领域。
【背景技术】
[0002]作物长势信息是获取作物营养状况、水分、病虫草害、生理等信息和按照作物生长状况对作物进行科学管理的基础和依据，利用数字图像技术可以获得作物颜色、形状、纹理、空间关系等特征信息，通过进一步分析可为作物管理人员提供病虫草害、作物营养状况诊断和相应的施肥、施药和浇水的决策。目前，我国的设施园艺栽培总面积处于世界第一，但我国设施农业的科技和总体发展水平低，设施园艺环境调控水平和荷兰等农业发达国家相比差距较大，严重阻碍了设施农业的高效发展。突出的问题是目前主要依据温室环境因子进行温室环境控制，没有考虑植物生长的状况和植物生长的实际需要，没有做到精准管理，造成作物产量不高，运行能耗偏大。按照“优质、高效、节能、低碳、安全”的要求，需解决按照作物生长真实需要进行水肥药动态控制和一体化管理。因此，获得作物的数字图像信息是农田自动化管理中非常重要的环节，是实现农业现代化的关键技术之一。
[0003]在现有技术中，大田和温室中作物图像获取系统多为定点安装，大田中多固定于支架上，温室中多固定于墙壁上，基本不能进行平移，不能对作物全方位信息进行采集。申请号为201110364639.4的中国专利I《一种远程实时获取作物数字图像的系统》公开了一种基于导轨式的远程作物实时图像采集系统，涉及的作物数字图像获取设备可以水平运动、垂直运动和360度转动，获得了对图像采集位置的精确控制，实现了数字图像的远程传输，该系统的不足之处是:1)导轨安装在地面上，占用部分种植空间，对作物管理人员的管理造成妨碍，作物图像信息采集需要将作物搬运到导轨下面，费时费力；2)导轨铺设需要的前期投入较大；3)作物数字图像获取和本地计算机之间采用的RJ45有线网络连接，数据传输为有线传输，网线易于缠绕在作物上。专利(申请号为201420378312.1)公开了《网络型平移式作物图像视频采集系统》，但其成像系统只能在水平方向沿着导轨移动，不能在竖直方向运动，无法实现在整个作物生长期间随着株高的变化对作物不同高度图像信息进行采集。专利(申请号为201110107669.7)《一种农作物精细化管理生产监控系统》公开了一种农作物精细化管理生产监控系统，属农产品信息化监控技术领域，包括信息采集发送装置、无线接收装置、数据库服务器、视频服务器和互联网，其特征在于信息采集发送装置采用无线网络摄像机；无线接收装置通过无线路由器分别和数据库服务器、视频服务器和互联网相连接，通过互联网和网络客户端相连接，可对农产品从生产源头到消费市场实施精细化管理，对生产、加工、流通各个环节实行全程实时跟踪记录。但该系统的摄像机采用固定安装，只能以固定点为圆心，进行不同角度的拍摄，使得图像的采集范围受限，获取的图像信息单一，不能对作物全方位信息进行观察。专利《一种网络型升降式作物图像视频系统》(申请号为201420378203.X)公开了一种网络型升降式作物图像视频系统，该系统包括摄像机，控制器、路由器和升降机构，其中通过设置在立柱上的升降机构和安装架，可以使摄像机在立柱上进行垂直升降，能够从不同高度拍摄作物的不同部位，方便观察作物的根、茎、叶、花、种子、果实等部位，但该系统摄像机实现在水平运动和旋转运动，使的拍摄的作物图像信息仍不够全面。
【发明内容】
[0004]为了弥补上述不足和满足对作物生长信息评价的需要，本发明提出了一种智能化移动车载式远程作物数字图像采集系统及其方法。该系统将作物数字图像采集设备设置在移动小车上并可随小车在田间或温室沿着作物种植行方向移动，通过对设置在移动小车上的立柱和滑轮升降机构、作物数字图像采集设备中云台的控制以及小车位置的控制，可使摄像机实现水平、竖直、旋转运动，采集作物冠层信息和不同株高位置作物的根、茎、叶、花、种子、果实、等部位各个方向的图像信息，并利用集成有3G模块的DSP控制器可选择将采集的图像信息直接发送或经过DSP控制器压缩处理后无线发送到本地计算机，也可将采集图像存在于DSP控制器连接的大容量U盘上，从而实现作物图像信息的全方位、多角度、无线传输和存储的一体化服务，具有智能化，多功能，使用方便的特点。具体技术方案如下:
[0005]一种智能化移动车载式远程作物数字图像采集系统，包括客户端、服务器、数字图像采集处理设备，所述客户端与服务器相连接，所述服务器与数字图像采集处理设备无线连接；所述客户端连接服务器用于存储和管理作物信息，客户端通过身份验证后通过远程管理软件远程访问作物图像数据，查询、下载、上传、编辑作物图像信息；所述数字图像采集处理设备用于使相机实现水平、竖直、旋转运动，进而采集作物冠层信息和不同株高位置作物的不同部位、不同方向的图像信息；所述数字图像采集处理设备设置在移动小车上，移动小车底板前端两侧安装有测距传感器，小车上设有竖直导轨，导轨上安装滑块，滑块通过云台连接相机，导轨顶端一侧固定有滑轮支架，滑轮支架下端固定有滑轮，滑轮上设有绳索，绳索的一端与滑块的上端连接，绳索另一端固定在移动小车的滚子上，滚子通过电机驱动器A与小车上的升降电机连接；在电机驱动器A驱动下，滚子带动绳索做正反向旋转，使得滑块沿着导轨垂直方向运动，进而带动相机和云台竖直方向运动；移动小车上还固定有控制单元，控制单元分别与测距传感器、升降电机、云台和相机相连接；所述控制单元一方面用于对采集的图像进行分析，确定数字图像采集处理设备是否对准作物目标位置，另一方面用于根据分析结果对移动小车位置、云台位置进行调整，然后将获取的图像存储在数据处理模块或经过解码压缩处理后通过无线通信模块传输给服务器。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述移动小车上还包括驱动轮、电机驱动器B、驱动轮电机、导向轮，两个驱动轮和一个导向轮安装在移动小车底部，驱动轮通过电机驱动器B机械连接驱动轮电机，在驱动轮电机驱动下小车行走，导向轮采用万向轮，电机驱动器B与控制单元电连接。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述服务器及客户端为带有无线网卡的台式或笔记本电脑。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述控制单元包括控制器主机板、视频采集模块、数据存储模块A、电源、电机驱动模块、CPLD器件、数据存储模块B、3G无线收发模块、测距装置、人机对话接口、人机对话装置；所述控制器主机板内部集成有视频接口、EMIF接口、GP1接口和外部扩展总线；所述视频采集模块连接视频接口 ；数据存储模块A连接EMIF接口 ；电机驱动模块与GP1接口连接；电源与控制器主机板直接连接；数据存储模块B、3G无线收发模块、测距装置、人机对话接口均通过CPLD器件连接外部扩展总线，此外，人机对话装置也连接人机对话接口。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述视频采集模块包括解码压缩模块，所述解码压缩模块和云台连接，云台和相机连接，所述解码压缩模块采用TI公司的TVP5150AM视频解码芯片和离散余弦变换DCT，可对相机采集的图像进行解码和压缩。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述3G无线收发模块包括3G无线模块、UART模块、异步通讯收发器，所述3G无线模块连接UART模块，UART模块和异步通讯收发器相连，异步通讯收发器和CPLD器件相连；所述3G无线模块采用华为EM770W模块，用于服务器和数字图像采集处理设备之间的无线通信，实现图像、数据、控制命令的无线传输以及通过服务器或客户端对数字图像采集处理设备进行远程控制。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述数据存储模块B包括USB接口模块、U盘，采用USB-Host器件CH375和普通U盘，通过CPLD器件与控制器主机板连接，用于存储采集的图像和相关数据，以便于今后数据回放、分析；所述数据存储模块A包括FLASH存储器、SDRA