基于轮式小车的田间作物图像采集装置的制作方法

本发明为一种适用于田间作物的轮式小车装置，可以自动采集田间作物的数字化图像。该装置由可升降轮式底盘、可移动暗室、gps导航系统、小车控制系统、作物图像采集系统、太阳能供电系统、计算机等7个功能模块组成，利用可升降轮式底盘和rgb相机采集作物不同时期的图像，利用计算机保存采集的作物图像，利用可移动暗室消除背景干扰的影响，利用gps导航系统引导小车沿农作物行自动行走，利用太阳能电池板为小车提供电能，。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，对农产品的质量安全要求越来越高，农产品追溯体系的建立迫不及待，而农田信息采集是农产品溯源的关键步骤。目前，我国农产品田间信息采集主要依靠人工来完成，费时费力，同时准确性和实时性不强。随着信息和网络技术的日新月异，农业生产迎来了新的机遇。为此，本发明构建了一种轮式小车田间图像自动采集系统，它能够在田间按照设定路径行走并方便快捷无干预无损伤地采集农作物的生长图像。

技术实现要素：

本发明提供一种可用于田间农作物图像获取，能够克服复杂地形、室外光照影响，能做到暗室拍照环境，能对不同高度的作物进行图像采集、能减少对作物的损伤又能原地转弯的成像装置，该装置由可升降轮式底盘、可移动暗室、gps导航系统、小车控制系统、作物图像采集系统、太阳能供电系统、计算机等7个功能模块组成，

1)可升降轮式底盘：由于田间地形非常复杂，地面常有凹凸不平的情况，考虑到这些问题，该装置配备大直径车轮，并且装上减震弹簧和转向轴，使小车可以原地转弯并且可以稳定的在田间行驶。轮子的上方设计四根可升降的轴用于连接底盘，使底盘距地面的高度实现可调控。在四个轮子上分别安装一个直流电机，每个电机功率为100w，总负载能力在120-150kg，左右两车轮相距1.5m。底盘上方安装太阳能电池板，以便太阳能电池板接受更多的太阳光照，产生更多电能。底盘下方安装数码相机用来采集图片。

2)可移动暗室：由于田间作物生长情况复杂，采集作物图片时经常会受到外界光照和目标作物以外的作物的影响，所以本发明设计的可移动暗室是由小车携带，当小车走到目标作物的正上方时，控制系统空控制由三面背景布组成的暗室自动降落，从而起到隔离光照和其他作物的作用。

3)gps系统：该系统的作用是提前在田间规划好小车要走的路径，提前设定好小车到每一个小区中间都要停止，待相机拍完照再前进。在田间设立一个信号接收器，接收器接受卫星发来的信号后传到小车的控制系统，控制系统完成接下来的工作。该gps的精度可达0.1m，完全适合田间小车的工作。

4)小车控制系统：该系统的作用是通过判断田间信号接收器接收的来自卫星的信号来确定小车的位置，然后根据实际情况将前进、后退和停止的信号传给plc，来控制小车的前进、后退和停止，还可以控制相机拍照和暗室的升降。

5)图像采集系统：当小车在作物行间自动行走时，小车每前进到一个固定的小区就会停下，相机会自动采集作物的图像。与常规工业相机相比，数码相机不仅价格低廉，而且能获得分辨率更高的图像。

6)太阳能供电系统：小车整个系统正常运行需要12v的电压，一般的32ma蓄电池只能正常供电4h，就需要充电。因此，在小车上安装功率为100w的太阳能电池板，在阳光充足情况下，一天可以发电0.6度，可以供应小车正常工作4h。使用太阳能电池板，即可以节约电能又可以节约充电时间，环保无污染。

7)计算机：计算机可以自动保存小车采集的作物图像，方便日后查看和使用。

综上所述，本发明所述的田间拍照小车的技术点包括：

1)可升降底盘

本设计做到了底盘可升降，来满足不同高度的作物对图像采集时的要求，做到了对作物信息的最优采集，尤其适合采集发芽期和成熟期高度差距比较大的作物图像。

2)田间移动暗室

本设计做到了由小车携带一个暗室，当小车走到某个固定小区上方，控制系统会收到信号，自动降下由三张黑色背景布组成的暗室，相机从无背景布的一端拍摄侧视照片。其中可移动暗室的作用是消除自然光照给拍摄作物图像带来的影响，将目标小区和旁边小区的作物隔离开，在拍照时消除非目标小区给目标小区在图像采集过程中带来的影响。

3)节省转弯空间

本设计采用四轮驱动，通过在每个车轮上方加一个转向轴，做到了可原地转弯，使小车在极小的空间就可实现转弯功能，与传统的转弯方式相比，大大节省了转弯空间，便于小车在田间的工作。

4)太阳能充电

太阳能电池板是利用光电转换原理将太阳辐射光通过半导体转变为电能的一种器件，只需要室外有阳光直接照射到的地方即可使用，太阳能电池板易于安装、易于扩充、易于拆卸，也很经济实惠。通过在小车上安装太阳能电池板，解决了小车的日常供电问题。

5)花费少、效率高

本发明成本在10000元左右，笔记本、数码相机还可以重复利用。当启动小车后，小车开始沿作物行以0.4m/s速度自动行走，每隔8s采集一次作物的俯视图和侧视图，所以一个小时可以采集400张图像。相对与传统的测量方法，极大的提高了图像采集效率，满足一天内需采集上千株作物图像的实验需求。

附图说明

图1是基于轮式小车的田间图像采集装置的正视图

图2是基于轮式小车的田间图像采集装置的侧视图

图3是基于轮式小车的田间图像采集装置的组装示意图

图4是基于轮式小车的田间图像采集装置的工作状态示意图

图中，1-车轮、2-原地转向轴、3-升降杆、4-底盘、5-相机、6-太阳能电池板、7-控制箱、8-暗室、9-计算机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图4是基于轮式小车的田间图像采集装置的工作状态示意图，从图中可以看到数码相机是可以拆卸的，因此在使用之前应提前将其安装好，具体操作步骤可分为以下几步：

(1)规划路径：使用gps导航系统提前规划好小车在田间的行走路径，并导入到控制系统。

(2)将小车开到位置：使用遥控器将小车开到行驶路径的起点位置。

(3)启动控制系统：启动室内计算机里面的自动采集图像程序，选好相片和实验数据储存位置，点击程序框中运行按钮，小车按照提前规划好的路径开始对作物表型图像进行采集。

(4)采集图像：根据小车行驶时间或者路程，数码相机开始采集作物图像，并将采集到的图像传到室内的计算机里面。

(5)图像分析：计算机开始对所采集到的图像进行分析处理，提取特征参数并保存到excel文件中。

(6)停止运行：按下停止按钮，小车停止运行，同时数码相机停止采集图像。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于轮式小车的田间作物图像采集装置，该装置由可升降轮式底盘、可移动暗室、GPS导航系统、小车控制系统、作物图像采集系统、太阳能供电系统、计算机等7个功能模块组成。轮式底盘最大负载为150Kg；升降杆可满足不同高度的作物对信息采集时的需要，原地转弯轴可使小车原地转弯；小车所携带的移动暗室消除了光照和周围植物对作物采集时的干扰；GPS导航系统实现了小车的自动化；太阳能电池板供电解决了小车用电需求；控制系统包含轮式小车田间信息自动采集软件，还分别连接数码相机和PLC，完成二者的通讯；计算机可以自动保存小车采集的作物图像，方便日后查看和使用。使用本发明来进行田间作物图像的采集，可以大大节省人力。

技术研发人员：梁秀英;张天浩;卢少志;杨万能;周风燃;何磊;马箐徽;袁海宁;李为坤
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：2019.01.23
技术公布日：2019.05.24