基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于精准农业的植保机械施药技术领域，特别涉及一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法。装置包括控制组件、喷雾组件和测量组件；控制组件包括上位机、嵌入式控制板、第一继电器、第二继电器和第三继电器；喷雾组件包括通过管道依次连通的泵、压力调节阀、压力计、电磁阀和雾化喷头；测量组件包括光源、RGB相机、电子秤、秤台覆盖罩、叶片支撑装置和测量框架。本发明专利技术测量效率高，具有各步骤灵活可调、自动化程度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法
本专利技术属于精准农业的植保机械施药
，特别涉及一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法。
技术介绍
在精准施药中，药液沉积在植物叶片上雾滴的量是评估不同植保机械喷雾质量的重要指标，是精准施药技术不断提高的重要数据基础，故需要测量不同植保机械在不同工作参数下植物叶片雾滴沉积量，以此作为参考，提升精准施药技术。目前，测量植物叶片沉积雾滴的办法主要是在水中加入示踪剂作为喷洒液体，通过针对不同的植保机械的作业方式在田间布置雾滴收集装置，将收集到雾滴的收集装置加入固定体积去离子水洗脱，不同的示踪剂使用吸光光度法或荧光发射光谱法对洗脱液进行测量，将测量值经过换算后得到植物叶片沉积雾滴的量。这种通过在田间布置收集样品测量沉积在植物叶片上雾滴的量来评估不同植保机械喷雾质量的方法需要科研人员布置大量的样品，加入指示剂，使用专用的仪器进行测定。这个过程极为繁琐，需要耗费大量的人力物力，工作效率非常低；为提高评估结果的准确性还需要进行多次重复，进一步增加了该方法材料的耗费，以及科研人员的时间和精力的投入。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法，以解决现有技术中对于测量植物叶片上雾滴沉积量效率低下的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置，所述测量装置包括控制组件、喷雾组件和测量组件。所述控制组件包括上位机1、嵌入式控制板2、第一继电器3、第二继电器4和第三继电器5。所述喷雾组件包括泵6、压力调节阀7、压力计8、电磁阀9和雾化喷头10；其中，泵6的两端通过管道分别与药液源和雾化喷头10连接，泵6和雾化喷头10的管道上设有压力调节阀7、压力计8和电磁阀9。所述测量组件包括光源11、RGB相机12、电子秤13、秤台覆盖罩14、叶片支撑装置15和测量框架16。所述测量框架16为一立方体框架，所述电子秤13通过一对支撑梁设置在测量框架16内，电子秤13的秤台的中心位于测量框架16的中心垂线上；所述秤台覆盖罩14罩设在电子秤13的上方，且不与电子秤13的秤台接触；秤台覆盖罩14的中心处开有与电子秤13的秤台的中心同直线的通孔；所述叶片支撑装置15包括底座、连接杆和样品平台；所述连接杆从秤台覆盖罩14的通孔中穿过，连接杆的两端分别与底座和样品平台的中心连接；所述底座位于秤台覆盖罩14内部，并放置于电子秤13的秤台上；所述样品平台位于秤台覆盖罩14外部，用于放置植物叶片；所述秤台覆盖罩14的顶部外表面设有一层黑色海绵。所述RGB相机12设置在叶片支撑装置15的样品平台的正上方。多个光源11固接在测量框架16的顶部四周，各光源11的光斑落在叶片支撑装置15的样品平台的中心，构成无影照射。所述雾化喷头10设置在测量框架16的侧部，并以叶片支撑装置15的样品平台的中心区域为雾化区域。所述第一继电器3、第二继电器4和第三继电器5分别与泵6、电磁阀9和光源11电连接，分别控制控制泵6、电磁阀9、光源11的开闭。所述上位机1通过数据线分别与嵌入式控制板2、RGB相机12和电子秤13连接，向嵌入式控制板2发出控制指令并接收和存储RGB相机12和电子秤13采集的数据。所述嵌入式控制板2分别与RGB相机12、第一继电器3、第二继电器4和第三继电器5连接。所述光源11为红色光源。所述光源11为LED灯。所述雾化喷头10的工作压力为3±1bar。所述RGB相机12的高度高于雾化喷头10雾化雾滴运动至测量框架16中心垂线时的最高高度。所述植物叶片雾滴沉积量测量装置通过电源17分别为上位机1、嵌入式控制板2、电子秤13、第一继电器3、第二继电器4和第三继电器5供电。一种利用所述的基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置的植物叶片雾滴沉积量测量方法，包括如下步骤：S1、将一植物叶片放置在叶片支撑装置15的样品平台的中心，开启光源11，各光源11的红色光斑落在叶片支撑装置15的样品平台的中心的植物叶片上，构成无影照射；电子秤13和RGB相机12分别采集无雾滴沉积的植物叶片的重量和图像，并传输至上位机1保存；S2、电磁阀9开启0.1秒，药液经雾化喷头10雾化成雾滴沉积在植物叶片表面，电子秤13和RGB相机12分别采集有雾滴沉积的植物叶片的重量数据和图像，数据保存至上位机1；S3、步骤S2重复10～20次；S4、更换植物叶片，重复步骤S2～S3；S5、上位机1将有雾滴沉积的植物叶片的重量数据减去无雾滴沉积的植物叶片的重量数据，得到植物叶片雾滴沉积重量，并将与有雾滴沉积的植物叶片的重量相应的植物叶片的图像与植物叶片雾滴沉积重量对应打包为一个数据文件；S6、建立基于卷积神经网络的植物叶片雾滴沉积重量与图像的关系模型；通过RGB相机12获取待测叶片的雾滴沉积图像后，根据关系模型获得植物叶片上的雾滴沉积量。所述步骤S6中所使用的卷积神经网络以pytorch为开发框架。所述步骤S6包括如下步骤：S6.1、创建模型；S6.2、准备数据；S6.3、定义损失函数和训练流程；S6.4、训练模型；S6.5、获得新数据，使用模型计算结果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的基于RGB相机拍照的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法，通过使用在光源光照射下雾滴顶部反射光线能被相机拍摄到，而雾滴底部反射光线不能被相机拍摄到的原理，辅助以控制组件和喷雾组件，只需进一步处理就能快速测量植物叶片上沉积雾滴的量，相较于传统的需要添加指示剂、洗脱收集样品上指示剂，并使用专用测量仪器进行测量的方法，大大提升了测量的效率，此外该基于RGB相机拍照的植物叶片雾滴沉积量的测量装置及方法还具有各步骤灵活可调、自动化程度高的优点。附图说明图1为本专利技术的植物叶片雾滴沉积量的测量装置的部件连接示意图；图2为本专利技术的测量组件的结构示意图；图3为本专利技术叶片沉积雾滴的反射光线示意图；图4a～图4d为植物叶片不同雾滴沉积量图像。其中的附图标记为：1上位机2嵌入式控制板3第一继电器4第二继电器5第三继电器6泵7压力调节阀8压力计9电磁阀10雾化喷头11光源12RGB相机13电子秤14秤台覆盖罩15叶片支撑装置16测量框架17电源具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。如图1和图2所示，一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置，包括控制组件、喷雾组件和测量组件。所述控制组件包括上位机1、嵌入式控制板2、第一继电器3、第二继电器4和第三继电器5。所述喷雾组件包括泵6、压力调节阀7、压力计8、电磁阀9和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置，其特征在于，所述测量装置包括控制组件、喷雾组件和测量组件；/n所述控制组件包括上位机(1)、嵌入式控制板(2)、第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)；/n所述喷雾组件包括泵(6)、压力调节阀(7)、压力计(8)、电磁阀(9)和雾化喷头(10)；其中，泵(6)的两端通过管道分别与药液源和雾化喷头(10)连接，泵(6)和雾化喷头(10)的管道上设有压力调节阀(7)、压力计(8)和电磁阀(9)；/n所述测量组件包括光源(11)、RGB相机(12)、电子秤(13)、秤台覆盖罩(14)、叶片支撑装置(15)和测量框架(16)；/n所述测量框架(16)为一立方体框架，所述电子秤(13)通过一对支撑梁设置在测量框架(16)内，电子秤(13)的秤台的中心位于测量框架(16)的中心垂线上；所述秤台覆盖罩(14)罩设在电子秤(13)的上方，且不与电子秤(13)的秤台接触；秤台覆盖罩(14)的中心处开有与电子秤(13)的秤台的中心同直线的通孔；所述叶片支撑装置(15)包括底座、连接杆和样品平台；所述连接杆从秤台覆盖罩(14)的通孔中穿过，连接杆的两端分别与底座和样品平台的中心连接；所述底座位于秤台覆盖罩(14)内部，并放置于电子秤(13)的秤台上；所述样品平台位于秤台覆盖罩(14)外部，用于放置植物叶片；所述秤台覆盖罩(14)的顶部外表面设有一层黑色海绵；/n所述RGB相机(12)设置在叶片支撑装置(15)的样品平台的正上方；/n多个光源(11)固接在测量框架(16)的顶部四周，各光源(11)的光斑落在叶片支撑装置(15)的样品平台的中心，构成无影照射；/n所述雾化喷头(10)设置在测量框架(16)的侧部，并以叶片支撑装置(15)的样品平台的中心区域为雾化区域；/n所述第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)分别与泵(6)、电磁阀(9)和光源(11)电连接，分别控制控制泵(6)、电磁阀(9)、光源(11)的开闭；/n所述上位机(1)通过数据线分别与嵌入式控制板(2)、RGB相机(12)和电子秤(13)连接，向嵌入式控制板(2)发出控制指令并接收和存储RGB相机(12)和电子秤(13)采集的数据；/n所述嵌入式控制板(2)分别与RGB相机(12)、第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置，其特征在于，所述测量装置包括控制组件、喷雾组件和测量组件；
所述控制组件包括上位机(1)、嵌入式控制板(2)、第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)；
所述喷雾组件包括泵(6)、压力调节阀(7)、压力计(8)、电磁阀(9)和雾化喷头(10)；其中，泵(6)的两端通过管道分别与药液源和雾化喷头(10)连接，泵(6)和雾化喷头(10)的管道上设有压力调节阀(7)、压力计(8)和电磁阀(9)；
所述测量组件包括光源(11)、RGB相机(12)、电子秤(13)、秤台覆盖罩(14)、叶片支撑装置(15)和测量框架(16)；
所述测量框架(16)为一立方体框架，所述电子秤(13)通过一对支撑梁设置在测量框架(16)内，电子秤(13)的秤台的中心位于测量框架(16)的中心垂线上；所述秤台覆盖罩(14)罩设在电子秤(13)的上方，且不与电子秤(13)的秤台接触；秤台覆盖罩(14)的中心处开有与电子秤(13)的秤台的中心同直线的通孔；所述叶片支撑装置(15)包括底座、连接杆和样品平台；所述连接杆从秤台覆盖罩(14)的通孔中穿过，连接杆的两端分别与底座和样品平台的中心连接；所述底座位于秤台覆盖罩(14)内部，并放置于电子秤(13)的秤台上；所述样品平台位于秤台覆盖罩(14)外部，用于放置植物叶片；所述秤台覆盖罩(14)的顶部外表面设有一层黑色海绵；
所述RGB相机(12)设置在叶片支撑装置(15)的样品平台的正上方；
多个光源(11)固接在测量框架(16)的顶部四周，各光源(11)的光斑落在叶片支撑装置(15)的样品平台的中心，构成无影照射；
所述雾化喷头(10)设置在测量框架(16)的侧部，并以叶片支撑装置(15)的样品平台的中心区域为雾化区域；
所述第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)分别与泵(6)、电磁阀(9)和光源(11)电连接，分别控制控制泵(6)、电磁阀(9)、光源(11)的开闭；
所述上位机(1)通过数据线分别与嵌入式控制板(2)、RGB相机(12)和电子秤(13)连接，向嵌入式控制板(2)发出控制指令并接收和存储RGB相机(12)和电子秤(13)采集的数据；
所述嵌入式控制板(2)分别与RGB相机(12)、第一继电器(3)、第二继电器(4)和第三继电器(5)连接。


2.根据权利要求1所述的基于RGB相机的植物叶片雾滴沉积量测量装置，其特征在于，所述光源(11)为红色光源。


3.根据权利要求1所述的基于RGB相...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雄奎，黄战，王志翀，刘亚佳，宋坚利，曾爱军，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11