一种大田作物表型信息高通量对等监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术属于信息监测技术领域，公开了一种大田作物表型信息高通量对等监测系统及监测方法，太阳能供电模块、作物图像采集模块、主控模块、图像增强模块、图像特征提取模块、作物表型分析模块、病害识别模块、云处理模块、显示模块。本发明专利技术增加病害识别模型的鲁棒性，能够得到较好的识别效果；提高对待识别作物的病害类型的识别速度，减少作物病害的防治时间，提升经济效益。通过图像增强模块提高了大田作物图像质量；克服了现有技术中存在的颜色失真、增强效果不明显等问题；同时，通过病害识别模块增加病害识别模型的鲁棒性，能够得到较好的识别效果；可以提高对待识别作物的病害类型的识别速度，减少作物病害的防治时间，提升经济效益。

A high throughput peer-to-peer monitoring system for crop phenotype information and its monitoring method

The invention belongs to the field of information monitoring technology, and discloses a high-throughput peer-to-peer monitoring system and monitoring method for crop phenotype information, including a solar power supply module, a crop image acquisition module, a main control module, an image enhancement module, an image feature extraction module, a crop phenotype analysis module, a disease identification module, a cloud processing module and a display module. The invention increases the robustness of the disease identification model, and can obtain better recognition effect; improves the recognition speed of the disease type of the crop to be identified, reduces the prevention and control time of the crop disease, and improves the economic benefit. Through the image enhancement module, the field crop image quality is improved; the existing problems such as color distortion and the enhancement effect is not obvious are overcome; at the same time, through the disease recognition module, the robustness of the disease recognition model is increased, and the better recognition effect can be obtained; the recognition speed of the disease types to be identified can be improved, and the prevention and control time of crop diseases can be reduced, Improve economic efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种大田作物表型信息高通量对等监测系统及监测方法
本专利技术属于信息监测
，尤其涉及一种大田作物表型信息高通量对等监测系统及监测方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：高通量植物表型平台是植物表型组学、植物功能基因组学、现代遗传育种研究的强大工具。利用高通量植物表型平台可以快速获取大量植株的各种信息。现代农业育种的一个主要方向就是性状改良，获得更大的果实/种子，更高的含油量(油料作物)，更发达的根系等等。通过高通量植物表型平台可以快速获取大量植物表型信息。然而，现有大田作物监测过程采集的图像不清晰，质量低；同时，不能对作物病害进行识别。综上所述，现有技术存在的问题是：现有大田作物监测过程采集的图像不清晰，质量低；同时，不能对作物病害进行识别。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种大田作物表型信息高通量对等监测系统及监测方法。本专利技术是这样实现的，一种大田作物表型信息高通量对等监测系统，所述大田作物表型信息高通量对等监测系统包括：太阳能供电模块，与主控模块连接，用于通过太阳能电池板为大田作物表型信息高通量对等监测系统；作物图像采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像设备采集大田作物图像；主控模块，与太阳能供电模块、作物图像采集模块、图像增强模块、图像特征提取模块、作物表型分析模块、病害识别模块、云处理模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；图像增强模块，与主控模块连接，用于通过图像增强程序对采集的大田作物图像进行图像增强处理；图像特征提取模块，与主控模块连接，用于通过提取程序将大田作物图像特征进行提取；作物表型分析模块，与主控模块连接，用于通过分析程序根据提取的特征对大田作物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等参数进行分析；病害识别模块，与主控模块连接，用于通过识别程序根据采集图像对大田作物病害进行识别；云处理模块，与主控模块连接，用于通过云服务器对采集的大田作物数据进行云处理操作；显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的大田作物图像及分析、识别数据。进一步，所述作物图像采集模块包括：红外收发器，用于扫描一待测目标并获取该待扫描目标的距离信息；摄像单元，用于对该待测目标进行拍摄并获取该待测目标的图像信息；第一偏振单元，设置于所述摄像单元的入射光路上，用于将射向所述摄像单元的入射光进行透光处理，得到第一偏振光；第二偏振单元，设置于补光光源的出射光路上，用于将补光光源射出的补偿光进行透光处理，得到第二偏振光；光路控制单元，用于控制所述图像传感器是否形成图像；时序控制单元，信号连接于所述光路控制单元和/或所述投射光发生单元，用于控制所述光路控制单元和/或所述投射光发生单元的开启时间，以在投射光的投射期间开启所述光路控制单元；处理单元，信号连接于所述时序控制单元和所述图像传感器，用于接收并处理所述图像传感器生成的图像并存储，并根据所述时序控制单元的信号，确定所述图像为第一类图像或第二类图像，所述第一类图像为所述图像传感器接收被拍摄物体反射的第一类光线形成的图像，所述第二类图像为所述图像传感器接收被拍摄物体反射的第二类光线形成的图像；所述第二类光线包括所述第一类光线和所述投射光；用于获取该红外收发器发送的该待测目标的距离信息及该摄像单元发送的该待测目标的图像信息；及根据获取的该待测目标的图像信息及该待测目标的距离信息生成该待测目标的3D图像信息。进一步，所述云处理模块包括：影像采集设备，用于实现图像信息的采集；高反物体识别模块，用于识别高反物体；边缘提取模块，用于将目标物体和高反物体的点云进行分割；点云过滤模块，用于对点云数据进行过滤处理；插值模块，用于对点云过滤结果进行插值，补齐物体的点云；与影像采集设备相连的用于存储及处理图像的服务器，不同图片中每个像素点的值最大相差1，因此在图片数据发送时只需发送一副图片数据和增量数据即可；所述图片数据是指图片每个像素高P位的数据，增量数据表示图片中需要在高P位数值的基础上加1的像素数据；与服务器相连的用于连接多台设备的路由设备；与路由设备相连的用于处理及显示图像的多台客户端。本专利技术的另一目的在于提供一种执行所述大田作物表型信息高通量对等监测系统的大田作物表型信息高通量对等监测方法，所述大田作物表型信息高通量对等监测方法包括以下步骤：步骤一，通过太阳能供电模块利用太阳能电池板为大田作物表型信息高通量对等监测系统；通过作物图像采集模块利用摄像设备采集大田作物图像；步骤二，主控模块通过图像增强模块利用图像增强程序对采集的大田作物图像进行图像增强处理；步骤三，通过图像特征提取模块利用提取程序将大田作物图像特征进行提取；步骤四，通过作物表型分析模块利用分析程序根据提取的特征对大田作物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积参数进行分析；步骤五，通过病害识别模块利用识别程序根据采集图像对大田作物病害进行识别；步骤六，通过云处理模块利用云服务器对采集的大田作物数据进行云处理操作；步骤七，通过显示模块利用显示器显示采集的大田作物图像及分析、识别数据。进一步，所述通过图像特征提取模块利用提取程序将大田作物图像特征进行提取方法如下：(1)通过图像处理程序对采集到的彩色大田作物图像进行缩放，获取作物叶片彩色大田作物图像；(2)基于改进的引导滤波算法对所述作物叶片彩色大田作物图像进行滤波处理，获取第一彩色大田作物图像；(3)用所述作物叶片彩色大田作物图像减去所述第一彩色大田作物图像，获取第二彩色大田作物图像，所述第二彩色大田作物图像是所述第一彩色大田作物图像的细节大田作物图像；(4)基于所述第二彩色大田作物图像中的像素亮度值的均值和所述第二彩色大田作物图像的每一像素的对比度，将所述第一彩色大田作物图像和所述第二彩色大田作物图像进行融合，获取作物叶片的增强大田作物图像。进一步，所述通过病害识别模块利用识别程序根据采集图像对大田作物病害进行识别方法如下：1)利用农业物联网的视频设备每天从3个视角分别采集3幅作物病害叶片彩色图像，将获取的每幅原始作物病害叶片图像缩放为维数大小为64×64×3的彩色图像，组成训练集；对训练集中的每幅图像进行旋转操作、平移操作、尺寸变换操作以及噪声处理，将每幅病害叶片图像扩充为多幅新病害叶片图像；将得到多幅新病害叶片图像加入到训练集，得到扩充训练集；2)构建多通道卷积神经网络模型，并利用步骤1)得到的扩充训练集训练该模型；3)将待识别叶片图像输入到步骤2)中训练过的多通道卷积神经网络模型，进行分类得到病害叶片图像的识别结果。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述大田作物表型信息高通量对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大田作物表型信息高通量对等监测系统，其特征在于，所述大田作物表型信息高通量对等监测系统包括：/n太阳能供电模块，与主控模块连接，用于通过太阳能电池板为大田作物表型信息高通量对等监测系统；/n作物图像采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像设备采集大田作物图像；/n主控模块，与太阳能供电模块、作物图像采集模块、图像增强模块、图像特征提取模块、作物表型分析模块、病害识别模块、云处理模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；/n图像增强模块，与主控模块连接，用于通过图像增强程序对采集的大田作物图像进行图像增强处理；/n图像特征提取模块，与主控模块连接，用于通过提取程序将大田作物图像特征进行提取；/n作物表型分析模块，与主控模块连接，用于通过分析程序根据提取的特征对大田作物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等参数进行分析；/n病害识别模块，与主控模块连接，用于通过识别程序根据采集图像对大田作物病害进行识别；/n云处理模块，与主控模块连接，用于通过云服务器对采集的大田作物数据进行云处理操作；/n显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的大田作物图像及分析、识别数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大田作物表型信息高通量对等监测系统，其特征在于，所述大田作物表型信息高通量对等监测系统包括：
太阳能供电模块，与主控模块连接，用于通过太阳能电池板为大田作物表型信息高通量对等监测系统；
作物图像采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像设备采集大田作物图像；
主控模块，与太阳能供电模块、作物图像采集模块、图像增强模块、图像特征提取模块、作物表型分析模块、病害识别模块、云处理模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
图像增强模块，与主控模块连接，用于通过图像增强程序对采集的大田作物图像进行图像增强处理；
图像特征提取模块，与主控模块连接，用于通过提取程序将大田作物图像特征进行提取；
作物表型分析模块，与主控模块连接，用于通过分析程序根据提取的特征对大田作物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等参数进行分析；
病害识别模块，与主控模块连接，用于通过识别程序根据采集图像对大田作物病害进行识别；
云处理模块，与主控模块连接，用于通过云服务器对采集的大田作物数据进行云处理操作；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的大田作物图像及分析、识别数据。


2.如权利要求1所述的大田作物表型信息高通量对等监测系统，其特征在于，所述作物图像采集模块包括：
红外收发器，用于扫描一待测目标并获取该待扫描目标的距离信息；
摄像单元，用于对该待测目标进行拍摄并获取该待测目标的图像信息；
第一偏振单元，设置于所述摄像单元的入射光路上，用于将射向所述摄像单元的入射光进行透光处理，得到第一偏振光；
第二偏振单元，设置于补光光源的出射光路上，用于将补光光源射出的补偿光进行透光处理，得到第二偏振光；
光路控制单元，用于控制所述图像传感器是否形成图像；
时序控制单元，信号连接于所述光路控制单元和/或所述投射光发生单元，用于控制所述光路控制单元和/或所述投射光发生单元的开启时间，以在投射光的投射期间开启所述光路控制单元；
处理单元，信号连接于所述时序控制单元和所述图像传感器，用于接收并处理所述图像传感器生成的图像并存储，并根据所述时序控制单元的信号，确定所述图像为第一类图像或第二类图像，所述第一类图像为所述图像传感器接收被拍摄物体反射的第一类光线形成的图像，所述第二类图像为所述图像传感器接收被拍摄物体反射的第二类光线形成的图像；所述第二类光线包括所述第一类光线和所述投射光；用于获取该红外收发器发送的该待测目标的距离信息及该摄像单元发送的该待测目标的图像信息；及根据获取的该待测目标的图像信息及该待测目标的距离信息生成该待测目标的3D图像信息。


3.如权利要求1所述的大田作物表型信息高通量对等监测系统，其特征在于，所述云处理模块包括：
影像采集设备，用于实现图像信息的采集；
高反物体识别模块，用于识别高反物体；
边缘提取模块，用于将目标物体和高反物体的点云进行分割；
点云过滤模块，用于对点云数据进行过滤处理；
插值模块，用于对点云过滤结果进行插值，补齐物体的点云；
与影像采集设备相连的用于存储及处理图像的服...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清华，柯庆明，郑龙，蒋文广，
申请(专利权)人：李清华，
类型：发明
国别省市：福建;35