秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法与流程

本发明涉及图像分析技术领域，尤其涉及秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法。

背景技术：

秸秆还田是当今世界上普遍重视的一项培肥地力的增产措施，在杜绝了秸秆焚烧所造成的大气污染的同时还有增肥增产作用。秸秆还田能增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活力和作物根系的发育。秸秆还田增肥增产作用显著，一般可增产5％～10％。《黑龙江省人民政府办公厅关于实施耕地地力保护补贴的指导意见》文件提出：从2016年秋季开始，积极推进耕地地力保护试点，探索从耕地地力保护补贴资金中集中部分资金，对实施深松整地秸秆还田的规模经营主体给予补助，深松整地并秸秆还田地块每亩补贴20元，因此需要一台终端设备可对秸秆还田的作业真实性及作业质量进行精准统计。

现有的秸秆还田监测借助高清摄像头，对秸秆还田机进行实时监控，但无法对采集的图像进行智能分析。照片采集后需要人为判断作业地块是否有秸秆，估算秸秆覆盖率。工作量较大，计算误差较大。故需要一种计算秸秆还田作业中秸秆覆盖率的智能分析装置。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法。

为实现上述目的，本发明提供一种秸秆还田监测中的图像智能分析终端，包括：后台服务器和安装在机具上的主机；

所述主机上连接有高清摄像头，所述高清摄像头用于采集秸秆还田的作业图像；

所述后台服务器与所述主机相连，所述主机定时将所述作业图像传输至后台服务器，所述后台服务器运用图像的形态学算法对作业图像进行分析处理，得到秸秆覆盖率。

作为本发明的进一步改进，所述主机上还连接有GPRS天线、GPS天线和用于识别机具作业状态的机具识别模块；

所述主机内设有用于获取机具定位信息的定位模块和用于与所述后台服务器进行数据传输的无线通讯模块。

作为本发明的进一步改进，所述主机上还设有预留接口。

本发明还提供一种秸秆还田监测中的图像智能分析方法，包括：

步骤1、高清摄像头获取秸秆还田的作业图像；

步骤2、主机定时将作业图像传输至后台服务器；

步骤3、后台服务器对作业图像进行色调(H)处理，通过MATLAB得到作业图像色调(H)分布曲线；

步骤4、后台服务器对作业图像进行饱和度(S)处理，通过MATLAB得到作业图像饱和度(S)分布曲线；

步骤5、后台服务器对作业图像进行明度(V)处理，通过MATLAB得到作业图像明度(V)分布曲线；

步骤6、为了在原图中分割出秸秆区域，需要知道秸秆区域的HSV分量的值，也就是确定图像分割的阈值，后台服务器对作业图像进行剪裁处理，得到秸秆覆盖区域照片；

步骤7、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行色调(H)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片色调(H)分布曲线；

步骤8、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行饱和度(S)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片饱和度(S)分布曲线；

步骤9、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行明度(V)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片明度(V)分布曲线；

步骤10、由HSV分布曲线可知，秸秆区域的HSV各个分量的分布范围，据此可以得到分割出秸秆区域所需的各分量的阈值范围，同时需要考虑各个分量的波动，最终选择的阈值范围是：0.006<H<0.18，S>0.08，0.4<V<0.8；

步骤11、后台服务器根据最终的阈值范围确定区域的像素个数，除以区域的总像素数得到该区域的秸秆覆盖率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法，主机上的高清摄像头实现秸秆还田的图像采集，并将图像传输至后台服务器，在后台服务器中运用图像的形态学算法处理图像，得到秸秆覆盖率，通过秸秆覆盖率来判断秸秆还田合格面积；本发明大大提高了秸秆还田作业中合格面积的统计准确性，减少人工环节提高监测效率，统计秸秆还田作业中作业面积及合格面积，国家按照合格面积予以发放补贴，提高补贴发放真实性。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的秸秆还田监测中的图像智能分析终端的结构图；

图2为本发明一种实施例公开的秸秆还田监测中的图像智能分析方法的流程图；

图3为本发明一种实施例公开的后台服务器在确定阈值后对原图通过MATLAB处理后的图像；

图4为本发明一种实施例公开的后台服务器对秸秆区域较大的照片的分析结果图；

图5为本发明一种实施例公开的后台服务器对秸秆区域较小的照片的分析结果图。

图中：

1、主机；2、后台服务器；3、高清摄像头；4、GPRS天线；5、GPS天线；6、机具识别模块；7、预留接口；8、液晶屏；9、数码管；10、电源接口及电源开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中通过高清摄像头采集作业照片人工判断作业是否合格或不判断只要机具识别反馈机具类型为秸秆还田机具都算为秸秆还田面积；针对现有技术中存在如下问题：高清摄像头采集照片后无图像智能分析功能，人工检查照片中秸秆覆盖量效率低、耗时长，对秸秆覆盖率的判断不够准确，直接导致对秸秆还田作业的合格面积统计出现误差。本发明提供秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法，其将现有方案高清摄像头采集照片后上传到后台服务器，在后台服务器中运用图像的形态学算法处理得到秸秆覆盖率，通过秸秆覆盖率来判断秸秆还田合格面积，本发明能在智能分析终端上实现秸秆还田面积的监测，同时区分出作业面积与合格面积，将无秸秆或未全量还田的作业予以区分；其可最大程度提高面积准确性，并能对不合格面积予以减除，帮助国家合理发放秸秆还田补贴。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种秸秆还田监测中的图像智能分析终端，包括：后台服务器2和安装在机具上的主机1；

本发明的主机1通过接口连接有高清摄像头3、GPRS天线4、GPS天线5和机具识别模块6，高清摄像头3用于采集秸秆还田的作业图像，GPRS天线用于将高清摄像头3采集的秸秆还田作业图像进行无线传输，GPS天线5用于获取农机的具体位置信息，机具识别模块6用于识别机具的作业状态。

本发明的主机1上还留有用于连接传感器等设备的预留接口7、液晶屏8、数码管9和电源接口及电源开关10；主机1内设有定位模块、无线通讯模块和定时模块，定位模块用于获取机具定位信息，其与GPS天线5相连；无线通讯模块用于与后台服务器2进行数据传输，其与GPRS天线4相连；定时模块用于定时向后台服务器2进行数据传输。

本发明的后台服务器2与主机1相连，主机1定时将作业图像传输至后台服务器2，后台服务器2运用图像的形态学算法对作业图像进行分析处理，得到秸秆覆盖率。

如图2所示，本发明提供一种秸秆还田监测中的图像智能分析方法，主机可以外接天线、深度检测、高清摄像头等监控检测设备，主机有定位和无线通信功能，定时将定位信息、深度信息、作业状态、作业时图像上传到后台服务器，在后台服务器中运用图像的形态学处理二值化后的图像进行开闭运算。开运算：对图像先进行腐蚀操作再进行膨胀操作，可以去掉目标外的孤立点。闭运算：对图像先进行膨胀操作再进行腐蚀操作，可以去掉目标内的孔。在HSV空间中，不同的颜色区域具有不同HSV分量，通过划定HSV分量的阈值可以对颜色进行分割得到的秸秆区域，区域的像素个数除以总像素数为得到的秸秆覆盖率；其具体包括：

步骤1、高清摄像头3获取秸秆还田的作业图像；

步骤2、主机1定时将作业图像传输至后台服务器2；

步骤3、后台服务器2对作业图像进行色调(H)处理，通过MATLAB得到作业图像色调(H)分布曲线，如图3所示；

步骤4、后台服务器对作业图像进行饱和度(S)处理，通过MATLAB得到作业图像饱和度(S)分布曲线，如图3所示；

步骤5、后台服务器对作业图像进行明度(V)处理，通过MATLAB得到作业图像明度(V)分布曲线，如图3所示；

步骤6、为了在原图中分割出秸秆区域，需要知道秸秆区域的HSV分量的值，也就是确定图像分割的阈值，后台服务器对作业图像进行剪裁处理，得到秸秆覆盖区域照片；

步骤7、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行色调(H)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片色调(H)分布曲线；

步骤8、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行饱和度(S)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片饱和度(S)分布曲线；

步骤9、后台服务器对秸秆覆盖区域照片进行明度(V)处理，通过MATLAB得到秸秆覆盖区域照片明度(V)分布曲线；

步骤10、由HSV分布曲线可知，秸秆区域的HSV各个分量的分布范围，据此可以得到分割出秸秆区域所需的各分量的阈值范围，同时需要考虑各个分量的波动，最终选择的阈值范围是：0.006<H<0.18，S>0.08，0.4<V<0.8；

步骤11、后台服务器根据最终的阈值范围确定区域的像素个数，除以区域的总像素数得到该区域的秸秆覆盖率。

如图4、5所示的后台服务器对秸秆照片的分析结果可知，后台服务器可精确的计算出秸秆区域较大或较小照片中秸秆的覆盖率。

本发明提供秸秆还田监测中的图像智能分析终端及方法，主机上的高清摄像头实现秸秆还田的图像采集，并将图像传输至后台服务器，在后台服务器中运用图像的形态学算法处理图像，得到秸秆覆盖率，通过秸秆覆盖率来判断秸秆还田合格面积；本发明大大提高了秸秆还田作业中合格面积的统计准确性，减少人工环节提高监测效率，统计秸秆还田作业中作业面积及合格面积，国家按照合格面积予以发放补贴，提高补贴发放真实性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。