用于确定植物状态的手持设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定一个或多个植物的状态的手持设备和方法。该设备包括：数字彩色相机，其布置用于获得视场内的植物的彩色图像；光源，其布置用于向视场内的植物提供宽带照明；以及处理单元，其布置用于控制相机和光源，以用于在光源利用宽带照明来照射植物时获得植物的第一图像，以及在光源不照射植物时获得植物的第二图像。

Handheld devices and methods for determining plant status

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定植物状态的手持设备和方法
本专利技术涉及用于确定植物状态(更具体地，植物的营养状态)的设备和方法。
技术介绍
已知利用叶绿素含量的帮助确定植物状态，诸如植物营养状态。通常借助于光学(例如反射率或透射率)测量来确定叶绿素含量。然而，用于确定植物状态的设备可能大、复杂、不方便部署和/或昂贵。现有技术WO2015077493A1(DigimarcCorporation，2015年5月28日)公开了一种智能电话，其适于通过由电话的CMOS图像传感器捕获作为不同图像帧的不同LED光源的同步脉冲来用作成像光谱仪。特定实现采用CIE颜色匹配函数和/或它们的正交变换函数，以实现直接色度捕获。处理光谱图像以用于对象辨识、分类和各种其它应用中。具体应用包括产品(例如，果实或蔬菜)辨识。US9075008B2(KyleH.Holland，2011年3月3日)公开了一种用于处置植物的方法和系统，包括使用最后三个光谱带来测量植物的光学性质；使用光学性质在计算设备中计算至少两个差异植物指数，至少两个植物指数中的每个与一个或多个植物生长参数相关；使用至少三个光谱带在计算设备中计算根据至少两个差异植物指数的水不变叶绿素指数；以及基于水不变叶绿素指数处置植物中的一个或多个。EP1429594B1(NorskHydroASA，2003年4月3日)公开了一种方法，该方法用于以非接触方式确定和影响植物的状态，特别是植物的片特定或点特定施肥，其中借助于光斑或光带在利用载体穿越期间由调制的人工卤素或氙光源照射植物，植物的叶子的反射信号在可见和/或近红外光谱范围内借助于检测器而被捕获并被传递给评估和信号处理单元，以用于确定诸如生物量、叶绿素和/或水含量的生物物理参数，并且由此导出植物的营养水平的测量结果，计算机使用所述测量结果来将要被施用的肥料的适当量控制为目标变量。
技术实现思路
目的是要提供一种简单、易于使用、易于部署和/或便宜的系统。更一般地，目的是要提供一种用于确定植物的状态的改进系统。根据一个方面，提供了一种特别是根据权利要求1所述的用于确定植物的状态的手持设备。手持设备提供了可以容易地在原地(例如，在场上)执行确定的优点。设备包括数字彩色相机，其布置用于获得视场内的植物的彩色图像。彩色图像包括像素，像素中的每个包括至少红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)颜色分量，一起形成一组颜色分量。设备包括光源，其布置用于至少向视场内的植物提供宽带照明。宽带照明可以例如由白色光源(诸如白色LED)提供。设备包括处理单元。处理单元布置用于控制相机和光源，以用于在光源利用宽带照明来照射植物时获得植物的第一图像。处理单元布置用于在光源不照射植物时获得植物的第二图像。处理单元布置用于针对第一颜色分量确定代表第一和第二图像中的强度值差异的第一颜色值。处理单元布置用于针对第二颜色分量确定代表第一和第二图像中的强度值差异的第二颜色值。处理单元布置用于使用第一颜色值和第二颜色值计算代表植物的状态的值。基于第一图像(即，具有通过光源的照明)和第二图像(即，没有通过光源的照明)确定代表植物的状态的值提供了可以抑制环境光照条件的影响的优点。因此，大大增强了设备的可靠性。还能增强确定的再现性。应当理解，通常，该设备和方法可以用于确定代表对象的状态的值。处理单元可以布置用于通过以下方式来计算代表植物的状态的值：针对第一颜色分量将第一颜色值确定为第一图像中和第二图像中的像素平均强度值(即，针对给定颜色分量的所有像素上平均的强度值)的差异；针对第二颜色分量将第二颜色值确定为第一图像中和第二图像中的像素平均强度值(即，针对给定颜色分量的所有像素上平均的强度值)的差异；以及使用第一颜色值和第二颜色值计算代表植物的状态的值。因此，代表植物的状态的值S是针对第一颜色分量的平均强度值(第一图像中的和第二图像中的)的以及针对第二颜色分量的平均强度值(第一图像中的和第二图像中的)的函数f：这里，第一颜色值是以及第二颜色值是通过使用图像或图像的一部分的平均强度值，丢弃关于强度值的空间分布的信息。结果，可以减少通常在对象和/或相机在拍摄第一和第二图像之间移动时发生的失配误差。然而，以这种方式，与图像的相互不同部分有关(例如，与一个或多个植物的不同叶子有关)的强度值在冠层中的不同位置(例如，不同高度)同时被考虑用于确定平均强度值。因此，可以减少测量误差。处理单元可以布置用于通过以下方式计算代表植物的状态的值：针对第一颜色分量将第一颜色值确定为第一图像和第二图像中的每像素强度值差异的平均值；针对第二颜色分量将第二颜色值确定为第一图像和第二图像中的每像素强度值差异的平均值；以及使用第一颜色值和第二颜色值计算代表植物的状态的值。因此，代表植物的状态的值S是针对第一颜色分量的的强度值(第一图像中的每像素i的I1，ON，i和第二图像中的I1，OFF，i)的以及强度值(第一图像中的每像素的I2，ON，i和第二图像中的I2，OFF，i)的函数f：这里，第一颜色值是以及第二颜色值是处理单元可以布置用于通过以下方式计算代表植物的状态的值：每像素针对第一颜色分量将第一颜色值确定为第一图像和第二图像中的强度值差异；每像素针对第二颜色分量将第二颜色值确定为第一图像和第二图像中的强度值差异；以及通过对代表植物的状态的像素方式值(pixelwisevalue)求平均值来计算代表植物的状态的值，使用每像素的第一颜色值和每像素的第二颜色值获得所述像素方式值。因此，代表植物的状态的值S是针对第一颜色分量的强度值(第一图像中的每像素i的I1，ON，i和第二图像中的I1，OFF，i)的以及强度值(第一图像中的每像素的I2，ON，i和第二图像中的I2，OFF，i)的函数f：Si＝f((I1，ON，i-I1，OFF，i)，(I2，ON，i-I2，OFF，i))，EQ3这里，针对第i像素，第一颜色值是V1，i＝(I1，ON，i-I1，OFF，i)，以及针对第i像素，第二颜色值是V2，i＝(I2，ON，i-I2，OFF，i)。应当理解，可能基于图像中的所有像素来执行计算。还可能基于图像中的像素的子集来执行计算。可能例如由用户(例如，选择屏幕上的区域)或由处理单元(例如，图像识别过程，例如选择属于叶子、多个叶子、果实等的图像的像素)确定子集。可能通过例如自动地选择满足某个标准或某些标准(例如，识别为“绿色”的所有像素，其使得非绿色元素(诸如土壤、指尖，脚等)在计算中被忽略)的那些像素确定子集。应当理解，可以使用图像中的所有像素来执行平均。还可能使用图像中的像素的子集来执行平均。可能例如由用户(例如，选择屏幕上的区域)或由处理单元(例如，图像识别过程，例如选择属于叶子、多个叶子、果实等的图像的像素)确定子集。可能通过例如自动地选择满足某个标准或某些标准(例如，识别为“绿色”的所有像素，其使得非绿色元素(诸如土壤、指尖，脚等)在平均中被忽略)的那些像素确定子集。计算代表植物的状态的值的上述方式也可以用于第一和第二图像的多个像素块中的每个。代表植物的状态的最终值可以通过对所获得的、代表植物的状态的这种块方式值(blockwisevalue)求平均值来计算。可选地，处理单元布置用于在步骤(iii)中基于第一颜色值和第二颜色值的比率计算代表植本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定一个或多个植物的状态的手持设备，包括：‑数字彩色相机，其布置用于获得视场内的植物的彩色图像，所述彩色图像包括像素，所述像素中的每个包括至少红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）颜色分量，一起形成一组颜色分量；‑光源，其布置用于至少向所述视场内的所述植物提供宽带照明；‑处理单元，其布置用于控制所述相机和所述光源，以用于在所述光源利用所述宽带照明来照射所述植物时获得所述植物的第一图像，以及在所述光源不照射所述植物时获得所述植物的第二图像，其中所述处理单元布置用于执行至少以下操作：（i）针对第一颜色分量确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异的第一颜色值；（ii）针对第二颜色分量确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异的第二颜色值；（iii）使用所述第一颜色值和所述第二颜色值计算代表所述植物的状态的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.29 EP 16207315.9;2017.05.26 EP 17173079.91.一种用于确定一个或多个植物的状态的手持设备，包括：-数字彩色相机，其布置用于获得视场内的植物的彩色图像，所述彩色图像包括像素，所述像素中的每个包括至少红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）颜色分量，一起形成一组颜色分量；-光源，其布置用于至少向所述视场内的所述植物提供宽带照明；-处理单元，其布置用于控制所述相机和所述光源，以用于在所述光源利用所述宽带照明来照射所述植物时获得所述植物的第一图像，以及在所述光源不照射所述植物时获得所述植物的第二图像，其中所述处理单元布置用于执行至少以下操作：（i）针对第一颜色分量确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异的第一颜色值；（ii）针对第二颜色分量确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异的第二颜色值；（iii）使用所述第一颜色值和所述第二颜色值计算代表所述植物的状态的值。2.根据权利要求1所述的手持设备，其中计算代表所述植物的所述状态的所述值：a）通过针对所述第一颜色分量将所述第一颜色值确定为所述第一图像中和所述第二图像中的像素平均强度值的差异；针对所述第二颜色分量将所述第二颜色值确定为所述第一图像中和所述第二图像中的所述像素平均强度值的差异；以及使用所述第一颜色值和所述第二颜色值计算代表所述植物的所述状态的所述值；或者b）通过针对所述第一颜色分量将所述第一颜色值确定为所述第一图像和所述第二图像中的每像素强度值差异的平均值；针对所述第二颜色分量将所述第二颜色值确定为所述第一图像和所述第二图像中的每像素强度值差异的平均值；以及使用所述第一颜色值和所述第二颜色值计算代表所述植物的所述状态的所述值；或者c）通过每像素针对所述第一颜色分量将所述第一颜色值确定为所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异；每像素针对所述第二颜色分量将所述第二颜色值确定为所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异；以及通过对代表所述植物的所述状态的像素方式值求平均值来计算代表所述植物的所述状态的值，使用每像素的所述第一颜色值和每像素的所述第二颜色值获得所述像素方式值。3.根据权利要求1或2所述的手持设备，其中所述处理单元还布置用于针对第三颜色分量确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值差异的第三颜色值；以及使用所述第一颜色值、所述第二颜色值和所述第三颜色值计算代表所述植物的所述状态的所述值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的手持设备，其中所述处理单元布置用于在步骤（iii）中，基于所述第一颜色值与所述第二颜色值的比率计算代表所述植物的所述状态的所述值。5.根据权利要求4所述的手持设备，其中所述第一颜色分量是绿色（G），以及所述第二颜色分量是红色（R）。6.根据权利要求3所述的手持设备，其中所述处理单元布置用于在步骤（iii）中，使用所述第一颜色值、所述第二颜色值和所述第三颜色值基于色调值计算代表所述植物的所述状态的所述值。7.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述处理单元布置用于校准所述第一颜色值、所述第二颜色值和可选的第三颜色值。8.根据权利要求7所述的手持设备，其中所述处理单元布置用于通过针对所述第一颜色值、所述第二颜色值或所述第三颜色值进行以下操作来校准那个颜色值：a）将所述颜色值乘以校准值C，针对那个颜色分量将所述校准值C确定为参考值除以在所述光源利用所述宽带照明来照射参考对象时所述参考对象的第一参考图像中的所述平均强度值与在所述光源不照射所述参考对像时所述参考对象的第二参考图像中的所述平均强度值的差异，所述参考对象具有均匀反射率；或者b）将所述颜色值乘以校准值C，针对那个颜色分量将所述校准值C确定为参考值除以所述第一参考图像和所述第二参考图像中的所述每像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：S鲁施，
申请(专利权)人：亚拉国际有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO