[发明专利]一种基于机器视觉的葡萄新梢生长速率测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，更具体涉及一种基于机器视觉的葡萄新梢生长速率测量系统及方法。

背景技术

葡萄的新梢长度及生长速率是农业科研人员研究葡萄生长的重要指标。目前在实际应用过程中，对葡萄新梢长度及生长速率的测量方法主要是人工测量，即每天每隔一段时间由操作人员利用刻度尺测量葡萄新梢的长度，利用测得的长度和时间计算新梢的生长速率。这种方式工作强度大而且由于测量人员的主观性原因难以保证整天尤其是夜晚测量数据的准确性和完整性。随着机器视觉技术的不断发展，作为一种无损测量的技术已经引起人们的重视，可实现对目标的无接触自动化测量且便于自动处理，非常适合用于葡萄新梢生长速率的自动测量。

华中科技大学提出了一种水稻穗长的自动测量方法（CN101929843B，2013.02.20），该方法首先采集水稻茎秆样品，放置于放置板上由全景相机拍摄后通过计算机进行图像处理后计算稻穗长度。但是此种方法需要预先采集样品，并将采集到的稻穗样本放置于放置板上。而葡萄新梢的测量一般是固定一个或者几个新梢，采用该法具有破坏性不利于连续研究，因此该法不适用于葡萄的新梢长度测量。

北京农业信息技术研究中心提出了一种玉米植株生长速率测量方法（CN102288776B，2013.04.24），该方法在待测玉米植株上画标记，使用双目摄像机同时采集该待测玉米植株的两幅图像；分析和处理所述两幅图像，计算得到标记的中心点的三维坐标，进而计算得到一段时间内所述待测玉米植株的平均生长速率。但是此法需要在被测植株上做标记，而葡萄新梢测量需要测新梢顶端到末端的长度，因顶端一直在生长，标记难以放置于顶端，标记于中部则会导致测量误差较大。且上述所述系统使用计算机处理图像，不利于现场实时全天候测量。

综上所述，因葡萄新梢测量的特殊性，测量时难以标记，且不能影响新梢生长，测量频率要求较高并且对现场的便携性和专用性有一定要求。而目前的测量系统要么需要采集样品，影响新梢的正常生长，要么需要在被测目标上做标记，难以在葡萄新梢上实现或易造成误差。此外，目前所述系统大多利用计算机进行图像处理，因农业环境条件恶劣，计算机易受高温、高湿、雨水、低温等的影响，不利于现场的24小时不间断的测量，且一般计算机无专门针对图像处理的硬件结构，实时性不高且图像处理算法设计复杂，处理效率低。由于葡萄新梢夜晚生长速率较之白天快，还要实现对各个时段尤其是夜晚的生长速率的自动测量。因此，急需一种对葡萄新梢生长无影响、可现场实时测量的专用的系统或方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何利用机器视觉的手段实现对葡萄新梢生长速率的自动定时的无损测量。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种基于机器视觉的葡萄新梢生长速率测量系统及方法，该系统包括：

标杆，固定到葡萄新梢的旁边，其具有已知长度，作为图像处理的长度基准；

照相单元，由支架单元固定，对准葡萄新梢和标杆，用于拍摄画面有葡萄新梢和完整标杆的照片；

处理控制单元，用于控制照相单元定时照相，并对拍摄到的照片进行图像处理分析，计算两次拍摄之间葡萄新梢生长的长度，从而得到葡萄新梢生长速率。

优选地，该系统还包括：

光照传感器，用于检测拍照时的环境光照强度；

补光灯，用于当光照传感器检测到的光照强度低于设定阈值时而在照相期间进行补光。

优选地，该系统还包括：

无线模块，连于所述处理控制单元，用于发送处理控制单元得到的葡萄新梢生长速率。

优选地，该系统还包括：

支架单元，照相单元固定其上，可以调整照相单元拍照的方位，以使标杆的上下端都在照片中。

优选地，该系统还包括：

人机交互界面，用于设置拍照参数和显示。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于机器视觉的葡萄新梢生长速率测量方法，该方法包括：

将具有已知长度的标杆固定到葡萄新梢的旁边，作为图像处理的长度基准；

将照相单元固定到支架单元上，对准葡萄新梢和标杆；

使用照相单元定时拍摄画面有葡萄新梢和完整标杆的照片；

使用处理控制单元对拍摄到的照片进行图像处理分析，计算两次拍摄之间葡萄新梢生长的长度，从而得到葡萄新梢生长速率。

优选地，该方法还包括：

使用光照传感器检测拍照时的环境光照强度；