基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计方法与装置，地面取样遥控器遥控无人机飞行到麦田上方，控制照相机随机取样俯拍，控制无人机飞行到每个米尺所在的麦田的侧边侧拍，计算机处理每张俯拍取样点的图片，计算出整片麦田的麦穗平均宽度和平均密度，处理每张侧拍取样点的图片得到整片麦田的麦穗平均高度；对麦穗成熟时的一组麦穗进行人工标定，得到单位体积内的麦穗质量；计算出整片麦田内的单位面积麦穗总质量，再根据麦田的总面积估计出麦穗总质量。本发明专利技术借助灵活的无人机平台实现整片麦田的多点拍摄取样，再利用图片处理技术和相关计算得到与产量相关的重要参数，最后估算出整片麦田的产量，估产精准度高。

UAV multi angle estimation method and device based on crop yield

The invention discloses a UAV multi angle shot crop yield estimation method and device based on sampling, ground remote control of UAV flight control camera to the crop above, random sampling overhead, no flight control field to each meter of the side edge of the side shoot pictures each sampling point of computer processing overhead, calculate the average width of the whole wheat field and the average density of each sampling point processing side to shoot the image to get the average height of the whole wheat field; a group of wheat grain at maturity by artificial calibration, get per volume in wheat quality; calculate the total mass per unit area of wheat whole wheat, re estimation the total quality of wheat according to the total area of wheat. The present invention utilizes a flexible UAV platform to realize multi-point whole field shooting sampling, using image processing technology and related calculation of some important parameters related to yield the final estimate of the whole piece of crop yield, yield estimation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计方法与装置
本专利技术涉及无人机技术以及麦田产量估计技术，具体是基于无人机拍摄的麦田产量估计方法与装置。
技术介绍
目前，估计麦田产量方法有人工取样估计法和卫星遥感监测法，其中，人工取样估计法过于依赖人工，耗费大量的人力成本和时间成本，而且由于人工取样范围有限，会导致取样样本的代表性难以保证。采用卫星遥感监测时，因卫星、航空遥感的重访周期长、影像空间分辨率低、起飞条件要求高以及运营管理成本昂贵等因素制约，限制了农业遥感实时、连续监测的应用，同时，卫星遥感获取的影像资料远没有无人机拍摄的清晰，其取样的灵活性远不如无人机，且不能拍摄到麦田的侧面用于获取麦穗高度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有麦田产量估计技术存在的问题，提出一种自动化程度高、估产精准度高的基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计方法与装置，基于麦田面积大、麦子生长较整齐等特点，采用最简单的无人机多点拍摄麦田取样。本专利技术基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置采用的技术方案是：由无人机、地面取样遥控器和若干个米尺组成，麦田的一侧边缘处竖直安放若干个米尺，地面取样遥控器控制无人机飞行；地面取样遥控器包括单片机和与其连接的第一无线收发器，无人机上设有超声波测距传感器、照相机、舵机和机载ARM控制器，舵机带动照相机转动，ARM控制器分别连接超声波测距传感器、照相机、舵机和第二无线收发器，第二无线收发器和第一无线收发器之间通过天线传送信号，地面取样遥控器控制无人机飞行。所述基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置的估计方法采用的技术方案是包括以下步骤：A、在麦穗抽穗之后和成熟之前的时间段内，地面取样遥控器遥控无人机飞行到麦田上方，控制照相机随机取样俯拍并控制超声波测距传感器测量无人机距离麦田的高度，将高度信息保存在ARM控制器中；B、俯拍取样结束后，地面取样遥控器遥控无人机飞行到每个米尺所在的麦田的侧边，控制照相机侧拍，拍下每个米尺和麦田的侧面同框的照片；C、将照相机拍摄的照片和ARM控制器存储的高度信息输入计算机中，计算机处理每张俯拍取样点的图片，计算出取样点对应的实际面积以及整片麦田的麦穗平均宽度和平均密度；处理每张侧拍取样点的图片，得到整片麦田的麦穗平均高度；D、对麦穗成熟时的一组麦穗进行人工标定，得到单位体积内的麦穗质量；E、根据整片麦田的麦穗平均宽度、平均高度、平均密度和单位体积内的麦穗质量，计算出整片麦田内的单位面积麦穗总质量，再根据麦田的总面积估计出麦穗总质量。本专利技术与已有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术的装置自动化程度高。相对于人工取样估计麦田产量的方法，本专利技术采用无人机，充分发挥无人机随机取样的优势，利用无人机完成对麦田的多角度拍摄取样。2、本专利技术的装置估产精准度高。本专利技术中无人机的拍摄设备利用舵机使得照相机的俯仰角度能够调节，实现对麦田侧面的拍摄取样，同时利用米尺并充分发挥图像处理技术的优势，得到图片中每个像素所代表的实际长度，从而精确地换算出麦穗的平均高度。本专利技术使用超声测距传感器，利用超声波回波测距原理测出无人机飞行的高度，再通过此高度计算出取样点的实际面积，得到图片中每个像素所代表的实际长度，从而精确地换算出麦穗的平均宽度和麦田密度。3、本专利技术该方法可用于大面积的麦田产量估计，借助灵活的无人机平台实现整片麦田的多点拍摄取样，再利用图片处理技术和相关计算得到与产量相关的重要参数，最后估算出整片麦田的产量。附图说明图1是本专利技术基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置中的无人机俯拍状态图；图2是图1中的无人机侧拍状态图；图3是图1中的无人机底部结构放大示意图；图4是控制无人机飞行的地面取样遥控器的结构组成图；图5是图3中机载ARM控制器的结构组成图；图6是计算取样点实际面积的原理图；图7是图6中的实际面积的俯视图；图8是图2中单个麦穗的几何尺寸标注图。图中：1.超声波测距传感器；2.机载ARM控制器；3.无人机底板；4.固定柱；5.舵机；6.轴套；7.转板；8.照相机；9.固定架；10.无人机；11.取样点；12.麦田；13.米尺；14.麦穗。具体实施方式参见图1和图2，本专利技术基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置由无人机10、若干个米尺13、地面取样遥控器组成。在麦田12的一侧边缘处竖直安放若干个米尺13，地面取样遥控器控制无人机10飞行至麦田12中的某一取样点11的正上方进行俯拍，如图1，或者地面取样遥控器控制无人机10飞行至安放了若干个米尺13的麦田12的侧边进行侧拍，侧拍到麦田12侧面的麦穗14以及米尺13，如图2。参见图3的无人机10，无人机10底部有一块底板3，底板3的底面上固定安装超声波测距传感器1和机载ARM控制器2，底板3的底面上还固定连接两个固定柱4的上端，两个固定柱4的下端各连接一个轴套6，两个轴套6之间连接转板7，转板7的一端同轴连接舵机5的输出轴。在转板7的正中间通过固定架9牢固地连接照相机8，照相机8用于对麦田12拍摄以获取取样图片，将照相机8牢固地固定在转板7上可避免因航拍时抖动而导致图片模糊。舵机5转动时，带动转板7转动，从而使照相机8转动。照相机8的初始摆放位置是正对着大地，和大地平行，当舵机5正向转动角度时，舵机5带动转板7旋转度，即照相机8也旋转度。当舵机5再反方向转动角度时，照相机8回到初始摆放角度，如此调节照相机8航拍时的俯仰角度，用于实现对麦田12侧面的拍摄。超声测距传感器1用于测量无人机10取样时的飞行高度。超声波测距传感器1内设有超声波发射器和超声波接收器，利用超声波回波测距原理，测量无人机10飞行时距离麦田12的垂直高度。当需测量无人机10飞行时距离麦田的垂直高度时，超声波发射器向垂直方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到麦田12阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回来的超声波就立即停止计时。由于超声波在空气中的速度已知，根据计时器记录的时间，即得到无人机10飞行时距离麦田12的垂直高度。参见图4所示的地面取样遥控器结构，地面取样遥控器包括单片机和第一无线收发器，单片机通过接口驱动电路连接第一无线收发器，单片机还通过不同的两个输入接口电路连接不同的两个按键，这两个按键分别是俯拍取样按键和侧拍取样按键，若需俯拍采样时则按下俯拍取样按钮，若需侧拍采样时则按下侧拍取样按钮，这些信号传送给单片机，单片机再发送命令给第一无线收发器，第一无线收发器通过天线再发送无线信号给无人机10上的机载ARM控制器2。参见图5，机载ARM控制器2包括ARM控制器和无线收发器，ARM控制器分别通过第二接口驱动电路连接超声波测距传感器1中的超声波发射器、通过第二输入接口电路连接超声波测距传感器1中的超声波接收器，通过图像采集接口连接照相机8、通过第一接口驱动电路连接舵机5、通过第一输入接口电路连接第二无线收发器。第二无线收发器和第一无线收发器之间通过天线传送信号，第二无线收发器通过天线接收地面取样遥控器和第一无线收发器发出的无线控制信号，并将命令传送入ARM控制器，之后ARM控制器再发送命令控制舵机5和超声波测距传感器1中的超声波发射器。当按下地面取样遥控器的俯拍取样按钮时，无人机上的第二无线收发器通过天线接收地面取样遥控器发出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置，其特征是：由无人机(10)、地面取样遥控器和若干个米尺(13)组成，麦田的一侧边缘处竖直安放若干个米尺(13)，地面取样遥控器控制无人机(10)飞行；地面取样遥控器包括单片机和与其连接的第一无线收发器，无人机(10)上设有超声波测距传感器(1)、照相机(8)、舵机(5)和机载ARM控制器(2)，舵机(5)带动照相机(8)转动，ARM控制器分别连接超声波测距传感器(1)、照相机(8)、舵机(5)和第二无线收发器，第二无线收发器和第一无线收发器之间通过天线传送信号，地面取样遥控器控制无人机(10)飞行。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置，其特征是：由无人机(10)、地面取样遥控器和若干个米尺(13)组成，麦田的一侧边缘处竖直安放若干个米尺(13)，地面取样遥控器控制无人机(10)飞行；地面取样遥控器包括单片机和与其连接的第一无线收发器，无人机(10)上设有超声波测距传感器(1)、照相机(8)、舵机(5)和机载ARM控制器(2)，舵机(5)带动照相机(8)转动，ARM控制器分别连接超声波测距传感器(1)、照相机(8)、舵机(5)和第二无线收发器，第二无线收发器和第一无线收发器之间通过天线传送信号，地面取样遥控器控制无人机(10)飞行。2.根据权利要求1所述的基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置，其特征是：地面取样遥控器的单片机通过不同的两个输入接口电路分别连接俯拍取样按键和侧拍取样按键。3.一种如权利要求1所述的基于无人机多角度拍摄的麦田产量估计装置的估计方法，其特征是包括以下步骤：A、在麦穗抽穗之后和成熟之前的时间段内，地面取样遥控器遥控无人机(10)飞行到麦田上方，控制照相机(8)随机取样俯拍并控制超声波测距传感器(1)测量无人机(10)距离麦田的高度，将高度信息保存在ARM控制器中；B、俯拍取样结束后，地面取样遥控器遥控无人机(10)飞行到每个米尺(13)所在的麦田的侧边，控制照相机(8)侧拍，拍下每个米尺(13)和麦田的侧面同框的照片；C、将照相机(8)拍摄的照片和ARM控制器存储的高度信息输入计算机中，计算机处理每张俯拍取样点的图片，计算出取样点对应的实际面积以及整片麦田的麦穗平均宽度和平均密度；处理每张侧拍取样点的图片，得到整片麦田的麦穗平均高度；D、对麦穗成熟时的一组麦穗进行人工标定，得到单位体积内的麦穗质量；E、根据整片麦田的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣标，王欣，张业成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32