[发明专利]一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置与方法，装置包括图像采集模块、图像信息处理模块和无人机区域对靶变量施药控制模块；图像采集模块是指在无人机作业时拍摄田间图像，并将图像传送至图像信息处理模块；图像信息处理模块能够根据拍摄的图像确定出田间杂草的位置和覆盖面积，得出施药处方；无人机区域对靶变量施药控制模块具有多个离心式电动喷头，能够根据施药处方输出不同占空比的PWM信号至离心式电动喷头以实现区域对靶施药和变量施药。本发明能够根据田间杂草的位置与覆盖面积实现区域对靶变量喷洒农药，减少了农药多喷、漏喷的现象，实现精准施药，提高了农药的利用率与作业效率，减少了环境污染。

技术领域

本发明涉及农业航空植保机械装备、精准施药技术的研究领域，特别涉及一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置与方法。

背景技术

在农作物的生长过程中，通常都会有杂草的存在，杂草的存在有害于农作物的正常生长。化学除草是非常重要的除草技术之一，但在施药过程中往往会出现多施和少施的情况，施药过多会造成农药的浪费和环境的污染，施药过少则达不到除草的效果。精准施药技术通过获取田间小区域内杂草的生长情况，在每一个小区上准确地喷施农药，实现按需施药。对靶施药技术是精确施药技术中的一种，大部分都是先采集目标区域的图像,然后进行图像处理,得到靶标图像,再指导喷药系统对准靶标进行施药。基于机器视觉技术实现对靶施药，具有灵活度高和设备开发成本低等优点。

目前采用机器视觉技术进行对靶施药的设备主要是地面植保机械，传统的地面植保机械已经不能满足时代的发展需求，而无人机施药技术具有成本低、效率高、雾化效果好和不会损坏作物等优点。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置与方法，将无人机、杂草识别系统和对靶变量施药系统有机结合，通过摄像机拍摄田间图片，进行图像处理得出杂草的位置与覆盖面积得出施药处方，进而输出不同占空比的PWM信号至离心式电动喷头以调节施药流量，形成农药利用率高、效率高、成本低的对靶变量施药控制系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置，包括图像采集模块、图像信息处理模块和无人机区域对靶变量施药控制模块；

所述的图像采集模块，用于在无人机作业时拍摄田间图像，并传送至图像信息处理模块；

所述的图像信息处理模块，用于根据拍摄的图像确定出田间杂草的位置和覆盖面积，得出施药处方；

所述的无人机区域对靶变量施药控制模块，具有多个离心式电动喷头，用于根据施药处方控制各个离心式电动喷头的施药流量。

作为优选的技术方案，所述的图像采集模块包括云台和摄像机，摄像机安装在云台上；所述的摄像机的选型由以下公式确定：

或

式中f为摄像头的焦距；

h和p分别为摄像头的水平和垂直尺寸；

H和P分别为被拍摄区域的水平和垂直大小；

D是镜头与所拍摄物体的距离。

作为优选的技术方案，所述的图像信息处理模块指嵌入式DSP开发板，所述图像信息处理模块根据颜色特征将采集的图像转化为灰度图，然后采用阈值分割法分离杂草和背景，采用区域生长法分离杂草和农作物，再将图像二值化，

识别杂草并确定杂草投影面积。

作为优选的技术方案，所述的无人机区域对靶变量施药控制模块包括载于植保无人机上的离心式电动喷头、隔膜泵、水管和药箱；