基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法及装置，其中油菜干旱诊断方法包括以下步骤：对双目立体视觉摄像机进行标定、校正和匹配后，采集均匀光照环境下油菜样本的图像信息并进行预处理；对油菜叶片进行图像分割，选出目标叶片，将目标叶片的形心坐标作为视觉定位的特征点；将特征点的图像坐标转换为空间三维坐标，根据空间三维坐标移动核磁共振传感器，使特征点处的目标叶片处于核磁共振传感器的检测范围内；通过核磁共振传感器对目标叶片进行CPMG脉冲序列测试，运用模式识别方法对其干旱程度进行判别分析。本发明专利技术克服了传统检测过程中需要的人工放置样本的弊端，提高检测速率的同时为核磁共振的在线监测应用提供可能。

Method and device for diagnosing rape drought based on nuclear magnetic resonance robot

The invention discloses a device and method for NMR drought Diagnosis Robot Based on drought diagnosis method including the following steps: the binocular stereo vision camera calibration, calibration and matching, uniform illumination image acquisition under the information environment and pretreatment samples of rape; rape leaf image segmentation, select the target leaves will target centroid coordinates of leaf as feature point positioning; the image coordinates of the feature points are converted to 3D coordinates, based on the three-dimensional coordinate moving magnetic resonance sensor, the target leaves the characteristic spot field used in magnetic resonance sensor; through the NMR sensor on the target leaves for CPMG pulse sequence the test, using the method of pattern recognition of the drought degree discriminant analysis. The invention overcomes the disadvantages of the manual placing sample in the traditional detection process, improves the detection rate and provides the possibility for the on-line monitoring application of the nmr.

【技术实现步骤摘要】
基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法及装置
本专利技术涉及核磁共振波谱
，尤其涉及一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法及装置。
技术介绍
水对陆生植物生命活动中起着至关重要的作用。在生长过程中，作物叶片是对水分含量表现最为直接的器官。当遭受到干旱胁迫时，作物迅速感应到生长环境的变化并产生应急适应机制，如叶片通过降低生长速度、加剧脱落的方式，来达到减缓蒸腾速率、防止水分过多散失的目的。因此，可将叶片作为检测对象对植物进行干旱诊断，从而推断作物所处的土壤环境，给农业灌溉工作提供指导意义。核磁共振技术是以氢核为研究对象的波谱技术，作物中的水分为核磁共振在作物中的检测应用提供了基础条件。随着核磁共振技术的发展，它所具有的检测性能上的优势，如检测速度快、准确率高；非接触性、无损伤；不受检测对象形态限制等特点，使其在农业领域得到拓展和应用。核磁共振技术因其无辐射损伤、高分辨率等优点在医学领域日益普及，但针对植物检测的核磁共振研究及装置相对较少。且在少量现有的便携式核磁共振装置中，多数是基于开放式的检测平台，在对植物进行活体检测时，需事先将植物待测部位人为摆放至传感器的检测区域，长时间的检测易导致操作者产生生理疲惫、降低检测速度，同时会增加人为误差，降低检测效果。随着工业自动化的快速发展，机器人的智能化程度影响着整个工业演化的进程。其中，利用机器人的视觉控制省去了预先对工业机器人的离线编程，节约了大量编程时间，且定位精度高、速度快、结果可靠、可长时间工作，克服了传统人工定位方法的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断装置，该油菜干旱诊断装置通过双目视觉定位技术对油菜叶片定位，根据位置信息控制移动底盘和机械臂运动，从而使核磁共振传感器定向移动至目标叶片的有效检测范围，代替了传统依赖于人工固定样本的方法，为核磁共振的在线式快速检测应用提供可能。一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断装置，包括视觉定位系统和核磁共振检测系统；所述的视觉定位系统包括：移动底盘，设有电机驱动模块和移动模块，所述的电机驱动模块根据电机控制指令驱动移动模块进行运动，并将移动底盘的当前位置信息上传至工控机；机械臂，安装在移动底盘上；摄像机，安装在所述的机械臂上，用于采集检测对象的图像信息并传送至工控机；工控机，对所述的图像信息进行处理得到目标叶片的位置信息，根据所述的位置信息生成电机控制指令和机械臂控制指令，并分别发送至所述的移动底盘和机械臂；所述的核磁共振检测系统包括核磁共振传感器，所述的核磁共振传感器安装于所述的机械臂上，机械臂通过接收机械臂控制指令将所述的核磁共振传感器移动至目标叶片的有效检测区域。作为优选，所述的机械臂包括多个数字舵机，具有三个自由度。作为优选，所述的摄像机为双目立体视觉摄像机，左右对称地安装于所述的机械臂上。本专利技术的基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断装置还包括串口协议转换器，串口协议转换器用于接收电机控制指令和机械臂控制指令，将其进行协议转换，生成十六进制电机控制指令和十六进制机械臂控制指令，发送至移动底盘和机械臂。工控机通过R232通信串口与串口协议转换器相连，串口协议转换器分别通过第一RS485通信串口和第二RS485通信串口与机械臂和电机驱动模块相连。核磁共振检测系统，包括核磁共振传感器、双工器、核磁共振谱仪及计算机系统；所述的核磁共振传感器包括检测平台、射频线圈和主磁体；所述的核磁共振谱仪包括射频放大器和前置放大器；所述的双工器设有射频放大器接口、前置放大器接口、探头接口，所述的射频放大器接口和前置放大器接口分别与核磁共振谱仪的对应接口相连接，所述的探头接口与核磁共振传感器相连接。本专利技术还提供了一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法，包括以下步骤：(1)对双目立体视觉摄像机进行标定、校正和匹配后，利用双目立体视觉摄像机采集均匀光照环境下油菜样本的图像信息，对所述的图像信息进行预处理；为了获取所采集的油菜样本的图像信息的坐标相对应的空间三维坐标，需要对双目立体视觉摄像机进行标定、校正和匹配，作为优选，采用张正友标定法对双目立体视觉摄像机进行标定，采用Bouguet算法进行极线校正，采用Boyer-Moore算法对双目立体视觉摄像机进行匹配。为了提高图像质量，突出图像中的有用信息，需要对所述的图像信息进行预处理，作为优选，所述的预处理包括图像灰度化以及图像滤波处理，所述的图像灰度化采用加权平均法，所述的图像滤波处理采用高斯滤波处理，高斯核的大小为5×5。(2)对预处理后的图像信息进行图像分割，选出目标叶片，将所述的目标叶片的形心坐标作为视觉定位的特征点；作为优选，步骤(2)具体包括：(2-1)采用大津阈值法对预处理后的图像信息进行分割，对分割所得的二值图像进行形态学开运算以去除分割后图像中存在的噪声点；(2-2)对二值图像中油菜叶片所在的白色连通区域进行标记，记录各个白色连通区域的位置；对各个白色连通区域的面积大小进行比较，筛选出面积相近的白色连通区域；(2-3)从面积相近的白色连通区域中随机选择一个，将被选择的白色连通区域的形心坐标作为视觉定位的特征点。(3)将所述的特征点的图像坐标转换为空间三维坐标，根据所述的空间三维坐标移动核磁共振传感器，使特征点处的目标叶片处于核磁共振传感器的检测范围内；工控机在完成图像处理后得到定位特征点的位置信息，生成电机控制指令和机械臂控制指令，通过串口协议转换器进行协议转换，将转换所得的十六进制电机控制指令和十六进制机械臂控制指令分别发送至移动底盘和机械臂。移动底盘根据接收到的电机控制指令将机器人移动至目标位置附近，机械臂根据接收到的机械臂控制指令作出动作，将安装在机械臂上核磁共振传感器移动至目标叶片的有效检测区域。(4)通过核磁共振传感器对目标叶片进行CPMG脉冲序列测试，采集核磁共振CPMG序列回波峰点值，将所述的核磁共振CPMG序列回波峰点值作为该样本的变量，运用模式识别方法对其干旱程度进行判别分析。为了保证检测结果的精确性，作为优选，对每个油菜样本的目标叶片进行3次重复试验，将3次重复试验的核磁共振CPMG序列回波峰点值求平均值，将该平均值作为该油菜样本的变量。作为优选，将单个油菜样本的核磁共振CPMG序列回波峰点值作为特征变量排列成行，所有油菜样本数据形成一个m×n维数据矩阵，m为样本数量，n则为核磁共振CPMG序列回波峰点值数；对该数据矩阵进行主成分分析得到主成分得分图，根据主成分得分图上各个油菜样本点的间隔距离将处于同一区域范围内的油菜样本划分为同一类别，对油菜样本的干旱梯度进行分类判别。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术将视觉定位技术应用于核磁共振的检测应用中，通过确定定位特征点的位置信息实现核磁共振机器人的准确移动，使核磁共振传感器自主移动至目标对象的有效检测范围内。克服了传统检测过程中需要的人工放置样本的弊端，提高检测速率的同时为核磁共振的在线监测应用提供可能；(2)本专利技术将核磁共振仪作为检测手段，无需样本前处理，且检测过程无损伤，可实现作物生长过程的活体检测。将模式识别的数据处理方法应用于核磁共振检测研究中，对多变量数据进行精简压缩和信息挖掘，有利于结果准确度的提高；(3)本专利技术所采用的核磁共振装置，具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断装置，其特征在于，包括视觉定位系统和核磁共振检测系统；所述的视觉定位系统包括：移动底盘，设有电机驱动模块和移动模块，所述的电机驱动模块根据电机控制指令驱动移动模块进行运动，并将移动底盘的当前位置信息上传至工控机；机械臂，安装在移动底盘上；摄像机，安装在所述的机械臂上，用于采集检测对象的图像信息并传送至工控机；工控机，对所述的图像信息进行处理得到目标叶片的位置信息，根据所述的位置信息生成电机控制指令和机械臂控制指令，并分别发送至所述的移动底盘和机械臂；所述的核磁共振检测系统包括核磁共振传感器，所述的核磁共振传感器安装于所述的机械臂上，机械臂通过接收机械臂控制指令将所述的核磁共振传感器移动至目标叶片的有效检测区域。

【技术特征摘要】
1.一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断装置，其特征在于，包括视觉定位系统和核磁共振检测系统；所述的视觉定位系统包括：移动底盘，设有电机驱动模块和移动模块，所述的电机驱动模块根据电机控制指令驱动移动模块进行运动，并将移动底盘的当前位置信息上传至工控机；机械臂，安装在移动底盘上；摄像机，安装在所述的机械臂上，用于采集检测对象的图像信息并传送至工控机；工控机，对所述的图像信息进行处理得到目标叶片的位置信息，根据所述的位置信息生成电机控制指令和机械臂控制指令，并分别发送至所述的移动底盘和机械臂；所述的核磁共振检测系统包括核磁共振传感器，所述的核磁共振传感器安装于所述的机械臂上，机械臂通过接收机械臂控制指令将所述的核磁共振传感器移动至目标叶片的有效检测区域。2.根据权利要求1所述的油菜干旱诊断装置，其特征在于，所述的机械臂包括多个数字舵机，具有三个自由度。3.根据权利要求1所述的油菜干旱诊断装置，其特征在于，所述的摄像机为双目立体视觉摄像机，左右对称地安装于所述的机械臂上。4.一种基于核磁共振机器人的油菜干旱诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对双目立体视觉摄像机进行标定、校正和匹配后，利用双目立体视觉摄像机采集均匀光照环境下油菜样本的图像信息，对所述的图像信息进行预处理；(2)对预处理后的图像信息进行图像分割，选出目标叶片，将所述的目标叶片的形心坐标作为视觉定位的特征点；(3)将所述的特征点的图像坐标转换为空间三维坐标，根据所述的空间三维坐标移动核磁共振传感器，使特征点处的目标叶片处于核磁共振传感器的检测范围内；(4)通过核磁共振传感器对目标叶片进行CPMG脉冲序列测试，采集核磁共振CPMG序列回波峰点值，将所述的核磁共振CPMG序列回波峰点值作为该样本的变量，运用模式识别方法对其干旱程度进行判别分析。5.根据权利要求...

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