一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人及其采集方法技术

本发明专利技术涉及一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人及其采集方法，属于植物病害自动检测技术领域。其中，采集机器人包括驱动系统及搭载在该驱动系统上的便携式叶绿素荧光成像系统、电源系统、导航系统与控制系统；驱动系统包括车体、安装在车体上受控制系统控制的动力装置及安装在车体两侧受动力装置驱动的车轮；便携式叶绿素荧光成像系统通过支架悬挂于车体的一侧；电源系统与动力装置、控制系统、便携式叶绿素荧光成像系统及导航系统电连接；控制系统与导航系统及便携式叶绿素荧光成像系统通讯连接。采用该机器人可对种植区域内被测植株的叶绿素荧光图像进行批次采集，在降低人工工作强度、提高工作效率的同时，能对植物病害进行及时检测预警。

Self propelled chlorophyll fluorescence image collecting robot and collecting method thereof

The invention relates to a self-propelled chlorophyll fluorescence image collecting robot and a collection method thereof, belonging to the technical field of automatic detection of plant diseases. Among them, including collecting robot drive system and equipped on the driving system of the portable chlorophyll fluorescence imaging system, power system, navigation system and control system; driving system comprises a vehicle body, installation is controlled by the power plant control system and installation of the power device driving wheels on both sides of the car body on the vehicle body; one side of the portable chlorophyll fluorescence imaging system hanging in the body through the bracket; power supply system and power device, control system, portable chlorophyll fluorescence imaging system and navigation system is electrically connected; control system and navigation system and portable chlorophyll fluorescence imaging system communication. The chlorophyll fluorescence images using the robot can be measured in the planting area of plant in artificial batch acquisition, reduce working intensity and improve working efficiency at the same time, timely detection and early warning of plant disease.

【技术实现步骤摘要】
一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人及其采集方法
本专利技术涉及植物病害自动检测
，具体地说，涉及一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人及其采集方法。
技术介绍
在传统农业中，通常是通过人工方式对农作物的病虫害等情况进行检测，不仅劳动强度大、效率低，且无法及时有效地对农作物病虫害等情况进行监测并提供预警。荧光成像光谱分析技术具有灵敏度高、线性范围宽及不影响植株的生长等优点，对植物病害进行检测，在植物病害检测方面得到了比较广泛的应用，其中，利用叶绿素荧光可对植物的生长情况及各类营养元素缺乏症状进行鉴别。公开号为CN104034710A的专利文献中公开了一种基于叶绿素荧光及成像技术的植物病害检测方法及装置，检测方法包括(1)利用蓝光激发活体植物叶片的叶绿素荧光，通过相机和滤光片采集得到叶绿素荧光图像；(2)对叶绿素荧光图像进行图像预处理，得到活体植物叶片部位的灰度图；(3)将灰度图进行图像分割得到子图像,并提取子图像的纹理特征和叶脉特征参数，将两个特征参数输入分类器进行判断；(4)根据活体植物叶片的纹理特征和叶脉特征参数，判别出健康和病害两类植物。检测装置包括光照箱、光源、计算机、彩色高速相机、放置活体植物叶片的采集平台；在光照箱内的底面向上，依次同轴装有采集平台，光源和彩色高速相机，彩色高速相机上的可调镜头朝下，可调镜头上装有滤光片，彩色高速相机通过CameraLink线与计算机相连。虽然其装置为便携式荧光仪，但是其工作效率仍偏低，难以及时进行植物病害检测并预警。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人，以替代人工对被测植株的叶绿素荧光图像进行批量采集，降低人工工作强度、提高工作效率的同时，能对植物病害进行及时检测、预警；本专利技术的另一目的是提供一种使用上述自走式叶绿素荧光图像采集机器人进行叶绿素荧光图像采集的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的自走式叶绿素荧光图像采集机器人包括驱动系统及搭载在该驱动系统上的便携式叶绿素荧光成像系统、电源系统、导航系统与控制系统；驱动系统包括车体、安装在该车体上受控制系统控制的动力装置及安装在车体两侧受动力装置驱动的车轮；便携式叶绿素荧光成像系统通过支架悬挂于车体的一侧；电源系统与动力装置、控制系统、便携式叶绿素荧光成像系统及导航系统电连接；控制系统与导航系统及便携式叶绿素荧光成像系统通讯连接。利用该机器人，可以根据事先规划好的采集路径，控制系统依据采集路径规划及导航系统反馈的信息，控制驱动系统行驶至不同位置处对不同被测植株依次进行叶绿素荧光图像采集，从而可对种植区域内的被测植株进行成批次、自动地采集，以减少人工工作强度、提高工作效率，并且可不间歇地采集，以能及时地对植物病害进行检测、预警。具体的方案为位于车体两侧的车轮受动力装置驱动地独立转动。便于在采集过程中沿采集路径规划进行前进、后退、左转弯及右转弯。另一个具体的方案为导航系统包括安装在车体上的陀螺仪定位器及用于测量车体一侧与其侧旁物体间间距的测距传感器。另一个具体的方案为支架为可调支架。可根据种植区域与被测植株的实际情况调节便携式叶绿素荧光成像系统的相对位置，提高该人的适应范围。再一个具体的方案为车体另一侧固设有平衡便携式叶绿素荧光成像系统的重量的配重块。提高采集过程中的稳定性。优选的方案为控制系统包括处理器及与处理器通讯连接的存储器，存储器存储有机器人在种植区域内采集叶绿素荧光图像过程的采集路径规划，采集路径规划包括机器人的行走路径、停顿位置及采集单株荧光图像的时间，处理器用于：获取采集路径规划；控制驱动系统按行走路径与停顿位置行驶，并接收导航系统反馈的位置信息及车体与被测植株间的间距；依据预设间距范围，控制驱动系统调整车体与被测植株间的间距；在停顿位置处，按采集单株荧光图像的时间，控制便携式叶绿素荧光成像系统采集被测植株的叶绿素荧光图像；存储采集到的叶绿素荧光图像。为了实现上述另一目的，本专利技术提供采用上述任一技术方案所描述自走式叶绿素荧光图像采集机器人进行叶绿素荧光图像采集的方法包括采集路径规划步骤、初始化步骤及采集步骤；采集路径规划步骤包括依据种植区中被测植株的分布情况，按照对被测植株进行图像采集的先后顺序设置机器人在种植区内的行走路径、停顿时间及采集单株荧光图像的时间；初始化步骤包括依据被测植株的尺寸，调整便携式叶绿素荧光成像系统的镜头与被测植株间的垂向间距，并设置车体与被测植株间的间距范围；采集步骤包括在夜间环境下，使用自走式叶绿素荧光图像采集机器人按照行走路径、停顿位置及采集单株荧光图像的时间，对被测植株进行叶绿素荧光图像采集，并保存采集到的叶绿素荧光图像。附图说明图1是本专利技术自走式叶绿素荧光图像采集机器人实施例的结构示意图；图2是使用本专利技术自走式叶绿素荧光图像采集机器人实施例进行叶绿素荧光图像采集的方法的工作流程图；图3是使用本专利技术自走式叶绿素荧光图像采集机器人实施例对被测植株进行叶绿素荧光图像采集的过程示意图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。参见图1，自走式荧光图像采集机器人包括便携式叶绿素荧光成像系统2、驱动系统、电源系统、导航系统及控制系统。电源系统包括与其他系统电连接的可充电电池组，以为它们的正常工作提供电源。便携式叶绿素荧光成像系统2包括LED光源、摄像机、散热器及滤光片。驱动系统包括车体10及安装在车体10内的动力装置、安装在车体右侧的配重块与安装在车体10下方的车轮11、12，动力装置受控制系统控制地驱动车轮11与车轮12独立转动，以实现整个采集机器人的前进、转弯及后退动作。可充电电池组安装在车体10内。便携式叶绿素荧光成像系统2通过可调支架3安装车体的左侧部上，从而利用配重块13对其进行平衡，以保证车体在行驶过程中的稳定性。导航系统包括安装车体上的陀螺仪定位器及测距传感器14，测距传感器14可选自激光测距传感器、超声波测距传感器等，测距传感器14位于车体顶部右侧边缘处，用于测量车体1与其右侧物体间间距，比如，与位于其右侧的被测植株间的间距；陀螺仪定位器用于检测器行进方向与距离。控制系统包括用于控制其他系统正常工作的处理器及用于存储便携式叶绿素荧光成像系统2拍摄数据与机器人在种植区域内采集叶绿素荧光图像过程的采集路径规划的存储器，其中，采集路径规划包括机器人的行走路径、停顿位置及采集单株荧光图像的时间。处理器用于从存储器中获取采集路径规划；用于控制驱动系统按行走路径与停顿位置行驶，并接收陀螺仪定位器反馈的位置信息及测距传感器14测得车体与被测植株间的间距；用于依据预设间距范围，控制驱动系统调整车体与被测植株间的间距；用于在停顿位置处，按采集单株荧光图像的时间，控制便携式叶绿素荧光成像系统采集被测植株的叶绿素荧光图像；用于将采集到的叶绿素荧光图像存储至存储器中。参见图2，使用该自走式叶绿素荧光图像采集机器人对被测植株进行叶绿素荧光图像采集的方法包括采集路径规划步骤S1，初始化步骤S2及采集步骤S3，在本实施例中，对如图3所示种植区域内的植物进行叶绿素荧光图像采集，该种植区域共有四列被测植株01、02、03及04，每列植物包括12棵相距预定株行距的被测植株，相邻两列被测植株间具有通道，分别位通道05、06及04。采集路径规划步骤S1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于，包括驱动系统及搭载在所述驱动系统上的便携式叶绿素荧光成像系统、电源系统、导航系统与控制系统；所述驱动系统包括车体、安装在所述车体上受所述控制系统控制的动力装置及安装在所述车体两侧受所述动力装置驱动的车轮；所述便携式叶绿素荧光成像系统通过支架悬挂于所述车体的一侧；所述电源系统与所述动力装置、所述控制系统、所述便携式叶绿素荧光成像系统及所述导航系统电连接；所述控制系统与所述导航系统及所述便携式叶绿素荧光成像系统通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于，包括驱动系统及搭载在所述驱动系统上的便携式叶绿素荧光成像系统、电源系统、导航系统与控制系统；所述驱动系统包括车体、安装在所述车体上受所述控制系统控制的动力装置及安装在所述车体两侧受所述动力装置驱动的车轮；所述便携式叶绿素荧光成像系统通过支架悬挂于所述车体的一侧；所述电源系统与所述动力装置、所述控制系统、所述便携式叶绿素荧光成像系统及所述导航系统电连接；所述控制系统与所述导航系统及所述便携式叶绿素荧光成像系统通讯连接。2.根据权利要求1所述的自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于：位于所述车体两侧的车轮受所述动力装置驱动地独立转动。3.根据权利要求1所述的自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于：所述导航系统包括安装在所述车体上的陀螺仪定位器及用于测量所述车体的一侧与其侧旁物体间间距的测距传感器。4.根据权利要求1所述的自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于：所述支架为可调支架。5.根据权利要求1所述的自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于：所述车体的另一侧固设有平衡所述便携式叶绿素荧光成像系统的重量的配重块。6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的自走式叶绿素荧光图像采集机器人，其特征在于，所述控制系统包括处理器及与所述处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑海燕，华诗佳，翁海勇，何勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33