專利名稱：植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物病蟲害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種植物病蟲害 信息獲取系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
病蟲害的監(jiān)測與防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要課題。例如，黃瓜是溫 室內(nèi)種植的最多的生食蔬菜，而黃瓜的病蟲害對黃瓜生長和產(chǎn)量的危 害十分嚴重，為防御病蟲害引起的農(nóng)藥和化學藥品的大量使用，不但 污染了環(huán)境，而且每年引起大量施藥人員中毒。現(xiàn)有技術(shù)中使用的普 通病蟲害檢測方法在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要取樣、測定、數(shù)據(jù)分析等方 面的工作，實時性差，無法滿足生產(chǎn)實踐的實際需求，而且觀測人員
的經(jīng)驗等主觀因素對病害的判別有很大的不確定性；而基于分子水平 的檢測方法，對操作人員的專業(yè)要求高，實時性差，成本較高。
隨著計算機的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)已經(jīng)邁入了高度信息化、智能化時 期。植物病蟲害的信息獲取技術(shù)更是精細農(nóng)業(yè)中不可或缺的部分。植 物病蟲害信息獲取的主要任務是區(qū)分病害部位、背景信息和干擾噪 音，并評價病害嚴重程度，以便為施藥機械提供可靠的參數(shù)，并最終 完成施藥作業(yè)。因此，視覺部分信息處理準確與否直接關(guān)系到最終施 藥機械的工作效率和執(zhí)行精度。農(nóng)業(yè)環(huán)境非結(jié)構(gòu)化、作業(yè)空間結(jié)構(gòu)復 雜、背景信息多義及弱魯棒性，對視覺感知提出更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠準確、快速、 實時地檢測植物病蟲害信息的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)適用于多種籬笆型 蔬菜信息的釆集，該方法尤其適用于黃瓜病蟲害信息的檢測。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供 一 種植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，包括
兩個彩色CCD ( Charge Coupled Device,電荷耦合器件)攝像頭， 用于獲取被測植物的植株圖像；
攝像頭固定裝置，用于固定彩色CCD攝像頭；
圖像采集卡，與彩色CCD攝像頭連接，且與處理器連接，用于 釆集被測植物的植株圖像，并將該植株圖像輸入處理器；和
處理器，用于處理植株圖像，以獲取被測植物的病蟲害信息。
其中，攝像頭固定裝置可以包括橫梁，兩個彩色CCD攝像頭可 以分別位于橫梁的兩側(cè)。
其中，攝像頭固定裝置可以包括兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置，兩個 彩色CCD攝像頭可以分別安裝于兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置上。
其中，攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還可以包括旋轉(zhuǎn)定位螺栓、連接板和 轉(zhuǎn)動軸，旋轉(zhuǎn)定位螺栓用于調(diào)節(jié)連接板繞轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整彩色 CCD攝像頭的角度。
其中，攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還可以包括固定滑塊，安裝于橫梁上， 用于調(diào)整兩個彩色CCD攝像頭的相對位置。
其中，彩色CCD攝像頭的角度的調(diào)節(jié)范圍可以為0° ~80° 。
本發(fā)明還提供 一種植物病蟲害信息獲取方法，其利用上述的植物 病蟲害信息獲取系統(tǒng)獲取植物病蟲害信息，包括以下步驟
Sl，釆集被測植物的植株圖像；
S2，根據(jù)被測植物的葉片的圖像信息將植株圖像從RGB空間轉(zhuǎn) 換到Y(jié)CbCr空間；
53, 分離植株圖像中的背景圖像，并去除植株圖像中的干擾圖像;
54, 確定被測植物的病蟲害部位，并根據(jù)病蟲害部位的病斑判斷 病蟲害的種類和程度。
其中，被測植物的葉片的圖像信息可以包括紅色、綠色及藍色三 個通道的圖像信息。其中，背景圖像可以包括土壤和天空的背景圖像。 其中，干擾圖像可以包括拉線和竹竿的圖像。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點本發(fā)明通過 雙目視覺方法獲取圖像，并針對信息獲取系統(tǒng)工作在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境 下，空間結(jié)構(gòu)的復雜、自然光照產(chǎn)生的陰影噪聲、病害信息與背景顏 色相近的難點，提出了一種植物病蟲害信息獲取方法，從而實現(xiàn)了植 物病蟲害信息的獲取和病害嚴重程度的評價，提高了可靠性和實時 性。


圖i是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中攝像頭固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置的左視圖； 圖4是本發(fā)明實施方式的方法流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細 說明。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
圖i是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖l的攝像頭固定裝 置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置的左視圖。如圖
l至3所示，依據(jù)本發(fā)明實施例的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)包括兩 個彩色CCD攝像頭1，用于獲取被測植物的植株圖像；
攝像頭固定裝置，用于固定彩色CCD攝像頭1;
圖像采集卡9 (例如可以為兩張)，與彩色CCD攝像頭l連接， 且安裝于計算機內(nèi)部的插槽上，與計算機內(nèi)部的處理器IO連接，用 于釆集被測植物的植株圖像，并將該植株圖像輸入處理器；和
處理器IO，用于處理植株圖像，以獲取被測植物的病蟲害信息。 例如，計算機可以通過兩個RS-232串口線分別與彩色CCD攝像頭連 接，計算機通過這兩個串口分別控制這兩個攝像頭。
6其中，攝像頭固定裝置可以包括橫梁3，兩個彩色CCD攝像頭1
可以分別位于橫梁3的兩側(cè)。
其中，攝像頭固定裝置可以包括兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置，兩個
彩色CCD攝像頭可以分別安裝于兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置上。
其中，各攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還可以包括旋轉(zhuǎn)定位螺栓7、連接 板，如L型連接板6，和轉(zhuǎn)動軸8，旋轉(zhuǎn)定位螺栓7用于調(diào)節(jié)L型連 接板6繞轉(zhuǎn)動軸8旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整彩色CCD攝像頭1的角度。
其中，攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還可以包括固定滑塊2，安裝于橫梁 3上，用于沿橫梁3滑動以調(diào)整兩個彩色CCD攝像頭1的相對位置。
其中，彩色CCD攝像頭1的角度的調(diào)節(jié)范圍可以為0。 80° (與 垂直地面的夾角)。
本發(fā)明系統(tǒng)的彩色CCD攝像頭1的高度通過伸縮桿4調(diào)節(jié)，調(diào) 節(jié)范圍為1.2m 3.0m。釆集時彩色CCD攝像頭1的工作距離為0.6 m,釆集區(qū)域范圍為1.8 x 0.9 m2。整體的攝像頭固定裝置可通過支架 5固定在地面上，同時通過攝像頭固定裝置也可以使彩色CCD攝像 頭1方便地固定在溫室內(nèi)或者農(nóng)業(yè)機器人移動平臺上。
本發(fā)明的實施方式還提供了 一種植物病蟲害信息獲取方法，其利 用上述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)獲取植物病蟲害信息，圖4是本發(fā) 明實施方式的方法流程圖。如圖4所示，該方法包括以下步驟
Al，當獲取植物病蟲害信息時，首先將彩色CCD攝像頭固定裝 置放置在合適的位置，使要釆集的植株處于彩色CCD攝像頭的視場 內(nèi)。彩色CCD攝像頭開始連續(xù)釆集植株圖像；
A2，彩色RGB圖像通過圖像采集卡輸入計算機，計算機中的圖 像分析處理軟件分析三通道的特點，并將RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到 YCbCr顏色空間；
A3,由于光照條件的不斷變化，對釆集到穩(wěn)定亮度均值的圖像 造成很大的困難，因此通過提取色差分量Cb和Cr的分布信息，分離土壤和天空背景，去除拉線、竹竿等干擾因素；
A4,提取被測植株的病害信息，判斷被測植物是否感染病害、 判斷病害的種類及病害部位出現(xiàn)的位置。每幅圖片檢測時間3s左右。
結(jié)合農(nóng)藝適當改變黃瓜的種植模式，使黃瓜生長方式有利于信息
采集是必要的。為保證將有效的病蟲害信息的獲取，黃瓜壟寬400 mm，壟內(nèi)作物單行栽培，株距400mm，被釆集植株的葉片分布于離 地面300mm以上區(qū)域。針對黃瓜葉片的趨光性和黃瓜植株成三角形 的特點，在拉線種植時，拉線上端纏于藤架頂部橫梁，下端系在黃瓜 主莖下端，拉線垂直高度為1800mm，黃瓜藤蔓沿拉線生長，整枝方 式釆用放蔓法，株型調(diào)整通過打杈、打老葉、摘巻須、疏花和疏果方 式進行，特別是應當摘除地面附近的老葉，減少消耗，同時保證了葉 片最低離地面300 mm左右。
由此可以看出，本發(fā)明的技術(shù)方案通過雙目視覺方法(即通過"雙 目"--兩個平行的攝像頭，獲取圖像，通過圖像拼接可以獲得大幅面 的圖像，從而一次采集到幾株黃瓜的病害信息，對于后續(xù)的施藥系統(tǒng) 等提供更豐富的信息。)獲取圖像，即通過兩個攝像頭獲取圖像，并 針對信息獲取系統(tǒng)工作在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，空間結(jié)構(gòu)的復雜、自然光 照產(chǎn)生的陰影噪聲、病害信息與背景顏色相近的難點，提出了一種植 物病蟲害信息獲取方法，從而實現(xiàn)了植物病蟲害信息的獲取和病害嚴 重程度的評價，提高了可靠性和實時性。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以 做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，包括兩個彩色CCD攝像頭，用于獲取被測植物的植株圖像；攝像頭固定裝置，用于固定所述彩色CCD攝像頭；圖像采集卡，與所述彩色CCD攝像頭連接，且與處理器連接，用于采集所述被測植物的植株圖像，并將該植株圖像輸入所述處理器；和處理器，用于處理所述植株圖像，以獲取所述被測植物的病蟲害信息。
2、 如權(quán)利要求l所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像頭固定裝置包括橫梁，所述兩個彩色CCD攝像頭分別位于所述橫梁的兩側(cè)。
3、 如權(quán)利要求2所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像頭固定裝置包括兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置，所述兩個彩色CCD攝像頭分別安裝于所述兩個攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置上。
4、 如權(quán)利要求3所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還包括旋轉(zhuǎn)定位螺栓、連接板和轉(zhuǎn)動軸，所述旋轉(zhuǎn)定位螺栓用于調(diào)節(jié)所述連接板繞所述轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整所述彩色CCD攝像頭的角度。
5、 如權(quán)利要求3所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，其特征在于,所述攝像頭角度調(diào)節(jié)裝置還包括固定滑塊，安裝于所述橫梁上，用于調(diào)整所述兩個彩色CCD攝像頭的相對位置。
6、 如權(quán)利要求4所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述彩色CCD攝像頭的角度的調(diào)節(jié)范圍為0° 80° 。
7、 一種植物病蟲害信息獲取方法，其利用權(quán)利要求1至6之任一所述的植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)獲取植物病蟲害信息，包括以下步Sl,采集被測植物的植株圖像；S2，根據(jù)所述被測植物的葉片的圖像信息將所述植株圖像從RGB空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr空間；S3，分離所述植株圖像中的背景圖像，并去除所述植株圖像中的干擾圖像；S4，確定所述被測植物的病蟲害部位，并根據(jù)所述病蟲害部位的病斑判斷病蟲害的種類和程度。
8、 如權(quán)利要求7所述的植物病蟲害信息獲取方法，其特征在于，所述被測植物的葉片的圖像信息包括紅色、綠色及藍色三個通道的圖像信息。
9、 如權(quán)利要求7所述的植物病蟲害信息獲取方法，其特征在于，所述背景圖像包括土壤和天空的背景圖像。
10、 如權(quán)利要求7所述的植物病蟲害信息獲取方法，其特征在于，所述干擾圖像包括拉線和竹竿的圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物病蟲害信息獲取系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括兩個彩色CCD攝像頭，用于獲取被測植物的植株圖像；攝像頭固定裝置，用于固定所述彩色CCD攝像頭；圖像采集卡，與所述彩色CCD攝像頭連接，且與處理器連接，用于采集所述被測植物的植株圖像，并將該植株圖像輸入所述處理器；和處理器，用于處理所述植株圖像，以獲取所述被測植物的病蟲害信息。本發(fā)明通過雙目視覺方法獲取圖像，并針對信息獲取系統(tǒng)工作在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，空間結(jié)構(gòu)的復雜、自然光照產(chǎn)生的陰影噪聲、病害信息與背景顏色相近的難點，提出了一種植物病蟲害信息獲取方法，從而實現(xiàn)了植物病蟲害信息的獲取和病害嚴重程度的評價，提高了可靠性和實時性。
文檔編號H04N7/18GK101646068SQ20091009204
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者張俊雄, 曹崢勇, 偉 李, 耿長興 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學