[发明专利]一种旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法有效

专利信息
申请号: 202010847007.2 申请日: 2020-08-21
公开(公告)号: CN111886982B 公开(公告)日: 2022-03-22
发明(设计)人: 张敏;吴崇友;蒋展;蒋兰;吴俊;汤庆 申请(专利权)人: 农业农村部南京农业机械化研究所
主分类号: A01C11/00 分类号: A01C11/00;G01D21/02;G06T5/00;G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136
代理公司: 南京华恒专利代理事务所(普通合伙) 32335 代理人: 宋方园
地址: 210014 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 旱地 栽植 作业 质量 实时 检测 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于:所述检测系统包括移栽机、工业相机、工控机和距离传感器,工业相机和距离传感器均安装于移栽机的栽植行机架,工业相机和距离传感器均与地面垂直,所述工业相机采集移栽的秧苗图像并传输至工控机,距离传感器实时采集工业相机与地面的垂直距离并传输给工控机,工控机收到图像信息和距离数据后,进行秧苗栽植状态检测判断,工控机的显示器显示检测判断后的秧苗栽植质量信息,当秧苗的栽植质量不符合预设质量要求时,工控机提醒用户;

检测方法具体包括以下步骤:

S1、建立工业相机动态标定系数,即:根据工业相机像素、工业相机距离地面高度H参数建立工业相机像素和实际秧苗几何长度之间的标定系数k

S2、获取秧苗样本数据,即:移栽秧苗过程中,通过工业相机实时采集栽植行的秧苗栽植图像,通过距离传感器实时采集拍摄某一栽植行秧苗图像时工业相机距离地面的高度;

S3、对移栽的秧苗图像预处理;

S4、对秧苗进行位置识别,即:将预处理后的秧苗图像结合步骤S1所得标定系数k来确定图像中秧苗投影后的实际几何形状尺寸;然后采用图像分割和边缘检测方法来识别图像中每株秧苗叶片的面积,通过面积计算该栽植行中每株秧苗的几何形心位置;

S5、进行秧苗的状态检测识别,秧苗的状态包括空穴、倒伏和露苗;

①空穴判断:根据步骤S4获取的每株秧苗的叶片几何形心位置,计算相邻两株的欧式距离,然后以相邻两株的欧式距离和移栽机设定的移栽株距进行比较:

当满足时,则判断相邻两株秧苗之间有(n-1)株空穴,其中为秧苗田间实际株距的标准偏差,n是倍数关系,具体是指实际株距与理论株距比值;

②倒伏判断:假定秧苗的茎秆轴心线与垂直于地面的夹角为,秧苗高度为P,秧苗倾斜后的实际叶片几何形心位置与该秧苗的理论中心位置之间的距离为,;在预处理后秧苗图像中,秧苗若倾斜则有投影,然后以理论秧苗栽植位置为圆心且为半径作圆A,以理论秧苗栽植位置为圆心且P为半径作圆B;

如果栽植的秧苗实际叶片几何形心位置落入圆A的区域内,即,则判断秧苗为未倒伏状态;

如果栽植的秧苗实际叶片几何形心位置超出圆A的区域且未超出圆B的区域时,则判断秧苗为倒伏状态;

③露苗判断:在预处理后的秧苗图像上,当栽植的秧苗实际叶片几何形心位置超出圆B的区域时,判断为该秧苗处于露苗状态。

2.根据权利要求1所述的旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于:所述距离传感器包括红外传感器、激光传感器和超声波传感器。

3.根据权利要求1所述的旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于:所述工业相机和距离传感器两者位于同一水平高度,且均位于栽植行后方,移栽机工作过程中工业相机和距离传感器一起随着栽植作物单元移动。

4.根据权利要求1所述的旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于;所述步骤S1标定系数的具体标定方法为:

采用一标准靶块,在不改变工业相机和秧苗几何长度参数前提下,只改变工业相机相对地面的垂直高度H,然后建立标准靶块与拍摄的图像像素点个数之间的对应关系,得到校标定系数k=L/L0

其中L为标准靶块的图像像素点个数,L0为标准靶块的标准尺寸。

5.根据权利要求1所述的旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于;所述步骤S3中秧苗图像预处理的具体方法为:

步骤S3.3、先对步骤S2所采集的移栽秧苗图像依次进行灰度化处理、图像降噪处理以及图像增强处理;

步骤S3.4、通过自适应阈值分割算法对步骤S3.3处理后的图像进行二值化处理,然后将利用二值化后的图像结合工业相机像素与实际长度的标定系数确定秧苗的实际几何尺寸。

6.根据权利要求1所述的旱地栽植作业质量实时检测系统的检测方法,其特征在于:采用超绿算法进行图像灰度处理和大津阀值法自适应选取二值化阀值;采用小波阀值降噪法对图片进行图像降噪,采用小波变换对图像进行图像增强。

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