一种草莓开花期喷施系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种草莓开花期喷施系统及方法，所述喷施系统包括喷施装置、视觉检测装置和控制装置，喷施装置、视觉检测装置和控制装置固定在悬吊平台运动装置上；所述喷施方法包括：在离线状态下标定草莓开花状态类型参数；采集图像经校正后提取R颜色空间图像分量进行高斯滤波处理；利用改进K均值聚类分割算法对图像进行分割；利用形态学处理和连通区域面积特征分析方法提取草莓开花像素区域；计算草莓开花区域与总像素区域的像素比，并根据标定参数确定草莓开花期状态类型；根据草莓开花期状态类型确定喷施等级，自动调整单位面积喷施量。本发明专利技术喷施方法提高了草莓开花期施肥的精准性和可靠性，有利于提高草莓的产量和质量。

A spraying system and method of strawberry in flowering stage

【技术实现步骤摘要】
一种草莓开花期喷施系统及方法
本专利技术涉及喷施系统及图像处理方法，特别涉及一种草莓开花期喷施系统及方法。
技术介绍
近年来，随着草莓产业的快速发展，草莓大棚的设施化程度不断提高，草莓产业已经由规模拓展阶段向设施提升阶段转型，草莓在开花期间，离不开施肥，当出现缺肥情况时，会导致抗寒能力降低、着花少、花蕾弱、坐果率低；当过度施肥时，会造成草莓生长过程中营养元素分布不均，致使肥料过度残留，因此，草莓开花期间施肥需要一个合理的标准，盲目施肥会影响草莓的生长。目前草莓开花期施肥主要采取的是人工叶面喷施的方法，这种施肥方式人工成本高、效率低，且不能根据不同开花状况调整施肥量，喷施精准度受人为主观影响较大，根据草莓开花期的实际情况进行精准施肥，成为影响草莓产量和质量的重要因素。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术目的是提供一种草莓开花期喷施系统及方法，实时检测草莓开花期状态，在不同开花期实时调整施肥量，提高施肥精准度和效率。技术方案：本专利技术提出了一种草莓开花期喷施系统，包括喷施装置、视觉检测装置和控制装置，所述喷施装置、视觉检测装置和控制装置固定在悬吊平台运动装置上，悬吊平台运动装置固定在大棚支架上；所述悬吊平台运动装置：利用移动驱动组件实现匀速运动；所述视觉检测装置：负责图像采集与处理，并将处理结果上传给控制装置；所述控制装置：是系统主控制器，用来控制悬吊平台运动装置运行状态，触发相机拍照，根据视觉检测装置的检测结果来控制喷施装置喷施量。所述喷施装置包括肥料箱，肥料箱通过输送泵连接到输液管，输送泵的压力调控端和控制装置连接，给肥料箱输出肥料提供动力，输液管下方连接喷杆，喷杆上安装雾化喷头，输液管管道上安装有流量调节阀，流量调节阀的调控端与控制装置连接，用来调节施肥量大小，输液管出口处安装流量传感器，用于检测肥料流量并反馈给控制装置实现流量实时控制，肥料箱内装有液位传感器，液位传感器输出端连接控制装置，实现肥料箱中容量信息的判断与预警。所述视觉检测装置包括相机和图像处理控制器，相机固定在丝杠上，丝杠通过丝杠连接座安装在肥料箱下面，相机负责图像采集，将采集到图像传输给图像处理控制器，图像处理控制器通过图像处理算法提取待测图像区域中开花状态参数，与样本标定参数进行比较，实现草莓开花期准确判断，并检测结果传输给控制装置。所述悬吊平台运动装置包括齿轮，齿轮与固定在大棚支架上的齿条啮合，齿轮上有驱动电机和减速器，利用驱动轴控制齿轮按指定速度匀速运行，支撑轨道固定在大棚支架上，支撑轨道上安装有支撑滚轮，支撑滚轮根据固定在大棚支架上的导杆方向沿着支撑轨道运动，支撑平台设置在导杆上方，平台连接座设置在支撑平台上，驱动轴固定在平台连接座。所述相机选择依据如下：相机参数包括分辨率、镜头焦距和感光芯片类型，其中分辨率和镜头焦距是主要参数，相机分辨率选择主要依据检测精度δ、视野尺寸W×H和检测速度进行判断，如下式：RW＝W/δ(1)RH＝H/δ(2)式中W和H分别为视野横向和纵向物理尺寸，RW和RH分别为相机横向和纵向分辨率，实际选择相机分辨率要大于理论值；镜头焦距选型主要考虑相机焦距f、感光芯片尺寸w×h和工作距离L参数，表示为：f＝wL/W(3)式中w和h分别为芯片横向和纵向物理尺寸。本专利技术所述一种基于上述喷施系统的喷施方法，包括以下步骤：a：标定参数：采集草莓生长图像，然后进行图像处理，将处理结果与人工判断结果进行对比标定，将标定参数写入控制器中；b：启动悬吊平台运动装置：控制装置根据相机参数与实际工作距离确定悬吊平台运动装置运行速度，上述喷施系统启动后悬吊平台运动装置按指定速度匀速运行；c：采集图像：控制装置控制视觉检测装置按照固定时间间隔采集图像，并传输到图像处理控制器进行数据处理，将数据处理结果反馈至控制装置；d：开启喷施装置：控制装置将处理结果与之前标定好的参数进行对比，确定单位时间喷施量，控制流量调节阀精准喷施。所述步骤a标定参数具体方法如下：将草莓开花情况根据单位面积花朵数分为四类，根据花朵数和花朵像素之间近似线性比例关系，利用花朵像素面积与图像总像素面积之比作为标定等级判定依据，为了避免相机畸变带来的边缘模糊效应，相机视野应略大于实际草莓检测区域宽度，并保持左右两端的宽度冗余的对称性，在实际图像处理过程中，通过设置图像掩模的方法对区域图像进行处理，相机在采集图像之前需要进行标定，具体图像处理过程如下：a1：采集图像并进行图像畸变校正，根据图像掩模提取感兴趣区域图像的R空间颜色特征分量，进行高斯滤波处理；a2：利用改进K均值聚类分割算法对图像进行分割，形成分割区域；a3：利用形态学处理算法对分割区域进行处理；a4：利用连通区域面积特征方法分析提取草莓开花区域；a5：统计图像感兴趣区域内的花朵像素总数，计算其与感兴趣区域总像素数之比；a6：对比实际像素比与标定像素比参数，确定草莓开花状态类型。所述步骤a2算法采用改进K均值聚类分割算法，具体算法如下：a21：初始化：Step1：将样本图像转换为尺寸大小为N的一维样本数据集C，其中N为样本图像像素个数，设迭代运算次数为I且聚类类型为j时的聚类中心为Zj(I)，从数据集C中随机选取一个样本对象作为初始聚类中心Z1(1)；Step2：计算每个样本xm与已有聚类中心的最短距离d(xm),m＝1,2...N，其中xm为数据集中的第m个样本，计算每个样本对象被选为下一个聚类中心的概率p(xm)：Step3：按照轮盘法选择下一个聚类中心；Step4：重复步骤Step2和Step3直到选择出k个对象组成初始聚类中心Zj(1),j＝1,2,3,...k；a22：迭代计算：根据相似度准则计算样本数据集C中每个样本xm与初始聚类中的距离D(xm,Zj(I)),m＝1,2,3,...N,j＝1,2,3,...k，并将各个数据对象划分到距离最小的聚类聚合簇Sj中，距离表示为：式中xm∈Sj；a23：聚类中心更新：按照聚类中心更新公式计算各聚类集合中的均值作为该集合新的聚类中心，更新得到新的聚类集合中心，设为聚类j的元素，聚类j的元素个数为nj，聚类中心更新公式为：a24：终止条件：循环更新聚类集合中心，直到各聚类中心不再发生变化或者误差平方和局部最小为止，聚类准则函数计算方法为：精度误差为ξ，若|J(I+1)-J(I)|<ξ，则算法结束，终止迭代，否则反复执行迭代计算和聚类中心直至满足终止条件。所述步骤a3中利用形态学闭运算进行处理，其中A表示图像矩阵，B表示结构元素，形态学处理方法为：所述步骤a4中将灰度一致，将满足8邻接的像素判定为相同区域，通过连通区域面积特征，过滤噪声干扰区域，根据如下公式提取出像素面积在(SMin，SMa)x范围的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种草莓开花期喷施系统，其特征在于：包括喷施装置、视觉检测装置和控制装置，所述喷施装置、视觉检测装置和控制装置固定在悬吊平台运动装置上，悬吊平台运动装置固定在大棚支架(5)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种草莓开花期喷施系统，其特征在于：包括喷施装置、视觉检测装置和控制装置，所述喷施装置、视觉检测装置和控制装置固定在悬吊平台运动装置上，悬吊平台运动装置固定在大棚支架(5)上。


2.根据权利要求1所述的草莓开花期喷施系统，其特征在于：所述喷施装置包括肥料箱(12)，肥料箱(12)通过输送泵(22)连接到输液管(18)，输送泵(22)的压力调控端与控制装置连接，输液管(18)下方连接喷杆(16)，喷杆(16)上安装雾化喷头(17)，输液管(18)管道上安装有流量调节阀(23)，流量调节阀(23)的调控端与控制装置连接，输液管(18)出口处安装流量传感器(24)，肥料箱(12)内装有液位传感器(20)，液位传感器(20)输出端连接控制装置。


3.根据权利要求1所述的草莓开花期喷施系统，其特征在于：所述视觉检测装置包括相机(15)和图像处理控制器(21)。


4.根据权利要求1所述的草莓开花期喷施系统，其特征在于：所述悬吊平台运动装置包括齿轮(2)，齿轮(2)与固定在大棚支架(5)上的齿条(1)啮合，齿轮(2)上有驱动电机(3)和减速器(4)，利用驱动轴(6)控制齿轮(2)按指定速度匀速运行，支撑轨道(9)固定在大棚支架(5)上，支撑轨道(9)上安装有支撑滚轮(11)，支撑滚轮(11)根据固定在大棚支架(5)上的导杆(10)方向沿着支撑轨道(9)运动，支撑平台(7)设置在导杆(10)上方，平台连接座(8)设置在支撑平台(7)上，驱动轴(6)固定在平台连接座(8)。


5.一种草莓开花期喷施系统的喷施方法，其特征在于：包括以下步骤：
a：标定参数：采集草莓生长图像，然后进行图像处理，将处理结果根据人工判断结果进行对比标定，并将标定参数写入控制器中；
b：启动悬吊平台运动装置：控制装置根据相机参数与实际工作距离确定悬吊平台运动装置运行速度，喷施系统启动后悬吊平台运动装置按指定速度匀速运行；
c：采集图像：控制装置控制视觉检测装置按照固定时间间隔采集图像，并传输到图像处理控制器(21)进行数据处理，将数据处理结果反馈至控制装置；
d：开启喷施装置：控制装置将处理结果与之前标定好的参数进行对比，确定单位时间喷施量，控制流量调节阀(23)精准喷施。


6.根据权利要求5所述的喷施方法，其特征在于：所述步骤a标定参数具体方法如下：将草莓开花情况根据单位面积花朵数分为四类，根据花朵数和花朵像素之间近似线性比例关系，利用花朵像素面积与图像总像素面积之比作为标定类型判定依据，在实际图像处理过程中，通过设置图像掩模的方法对区域图像进行处理，具体图像处理过程如下：
a1：采集图像并进行图像畸变校正，根据图像掩模提取感兴趣区域图像的R空间颜色特征分量，进行高斯滤波处理；
a2：利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔明，陈仕雄，蒋其友，严方，
申请(专利权)人：江苏农林职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32