本发明专利技术为一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法及装置，所述装置包括型材搭建成的暗室系统；暗室系统的内部顶端固定有RGB相机，RGB相机与计算机相连接；暗室系统的内部底端固定有六个色标传感器，色标传感器的信号线通过Arduino单片机与计算机相连接，色标传感器的电源线与变压器相连接；移栽作物幼苗在六个传感器的对称中心，移栽作物幼苗正对RGB相机，移栽作物幼苗的左右两侧有杂草。通过一系列的设计，采用信号传导技术，分析从顶部捕获的图像，框选图像中的移栽作物幼苗和杂草，再利用色标传感器传回的信息将其区分。建立基于移栽作物幼苗几何外观的机器视觉与信号传导新方法，精准识别作物幼苗及杂草在田间的位置。置。置。
【技术实现步骤摘要】
一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法及装置
[0001]本专利技术涉及除草领域，具体说是一种基于色标传感器和计算机视觉的移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法及装置。
技术介绍
[0002]杂草防治是移栽作物生产中的重要问题之一。杂草与移栽作物争夺营养、阳光、水分等资源，如果不对杂草加以控制，会对移栽作物的产量造成较大的影响。相比于行间杂草而言，行内杂草对作物的危害更加严重，据统计，杂草在移栽作物移栽后三周内的出苗数最多，因此对移栽作物苗期的行内杂草防治十分重要。
[0003]目前喷洒除草剂、机械中耕除草和人工除草是杂草防治的常用手段。除草剂因使用方便、防治效果好，是目前主要的杂草防治手段，但除草剂具有一定的选择性，更重要的是，除草剂的大量使用正在对环境造成污染，并且威胁到了食品安全。中耕除草是已经使用多年的除草方案，既可以松动土壤，又能够清除行间的杂草，但中耕无法清除行内杂草。人工除草灵活性强，对于行内的杂草除草质量较高，但人工成本较高且效率较低，不适合大规模农田作业，无法适应未来农业的发展。综上所述，面对农业生产的实际需求，迫切需要研发一种智能行内除草设备，在移栽作物苗期生长阶段进行作物和杂草的实时自动化识别并清除，这对达到移栽作物增产增收和除草剂减量使用的目的具有重要意义。
[0004]使用现有的根据光谱反射率、形状特征、纹理特征等建立的识别方案，无法将被遮挡的农作物与高密度杂草可靠地区分开，在实际应用中受到限制。基于深度学习建立的识别方案，识别精度较高，但训练模型时需要大量的训练样本集，且识别速度十分有限，不适合实际应用。现有的作物信号传导技术所采用的识别方案，识别效果较好，速度较快，但对识别环境要求高，且装置价格昂贵。
[0005]针对相关技术的问题，目前尚无提出有效地解决方案。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的缺陷，以及移栽作物实际的除草需求，本专利技术的目的在于提供一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法及装置，为杂草识别提供了一种新的解决方案。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0008]一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，包括：暗室系统1；黑色吸光幕布2；白色LED灯3；RGB相机4；计算机5；支架6；色标传感器7；Arduino单片机开发板8；变压器9和荧光棒11；
[0009]所述暗室系统1由型材搭建而成，四周用黑色吸光幕布2覆盖以隔绝外界光的干扰；
[0010]所述暗室系统1的内部顶端布置有一个RGB相机4，所述RGB 相机4与计算机5相连接；
[0011]所述暗室系统1的内部顶端固定有四盏白色LED灯3，所述四盏白色LED灯3均与变压器9相连接；
[0012]所述RGB相机4位于白色LED灯3的下方；
[0013]所述暗室系统1内部底端布置有六个色标传感器7，色标传感器 7通过Arduino单片机开发板8与计算机5相连接，色标传感器7通过能够调整高度和角度的支架6固定；
[0014]所述荧光棒11设置在移栽作物幼苗10的根部位置。
[0015]进一步的，所述RGB相机4的视角为45
°
，RGB相机4的焦距是8mm，RGB相机4距离地面的高度为800mm，以保证合适的视野，更全面的检测作物的生长环境。
[0016]进一步的，所述白色LED灯3的亮度通过变压器9调节，以保证合适的光照条件；变压器9的输出电压越大，白色LED灯3的亮度越高。
[0017]进一步的，杂草12和移栽作物幼苗10的图像可以在同一图像中分离。
[0018]进一步的，所述色标传感器7产生的激光扫描线与地面平行，六个色标传感器7均匀分布，安装高度为距离地面30mm，以保证在不影响车体前进的同时，避免信号被叶片遮挡，同时可以防止因RGB 相机4拍摄位置产生的局限性而导致错误识别的产生。
[0019]进一步的，所述色标传感器7的电源线与变压器9相连接，信号线与Arduino单片机开发板8相连接。
[0020]一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法，包括：
[0021]步骤1、所述色标传感器7连续对前方物体进行检测，在没有检测到移栽作物幼苗10附近的荧光棒11时，色标传感器7的信号线保持低电平输出，当色标传感器7检测到移栽作物幼苗10附近的荧光棒11时，色标传感器7的信号线输出高电平，并传输至Arduino单片机开发板8，Arduino单片机开发板8接收到高电平信号后，向计算机5发出触发信号，计算机5接收到触发信号后，控制RGB相机 4获取当前位置的图像信息，图像尺寸设为800
×
600；
[0022]步骤2、所述RGB相机4获取图像后，将RGB图像转化为灰度图像，并将阈值设定为50，然后将灰度图像二值化，获取对应的二值图；
[0023]步骤3、采用3
×
3的结构元素对二值图进行一次腐蚀处理，将行数和列数均不足3个像素点的连通域消除，将行数或列数大于等于3 个像素点的连通域的面积缩小(即处理掉一部分行数和列数均不足3 个像素点的噪点连通域，又消除了移栽作物幼苗10连通域和行数或列数大于等于3个像素点的噪点连通域之间的黏连)；再计算出图像中各个连通域的面积，筛选出面积小于100个像素点的连通域，并将该连通域内的所有像素点的值改为0，过滤掉面积不足100个像素点的噪声连通域，仅保留移栽作物幼苗10和杂草12面积大于等于100 个像素点的连通域；
[0024]步骤4、采用3
×
3的结构元素对步骤3得到的图像进行膨胀处理，以恢复连通域，降低腐蚀处理对移栽作物幼苗10和杂草12连通域的影响；
[0025]步骤5、基于步骤4得到的图像，计算出每个连通域的最小外接矩形，并使用蓝色线在图像中绘制对应的矩形框；
[0026]步骤6、基于步骤5得到的图像，以色标传感器7发出的信号在图像中的位置为起点，以其产生的激光扫描线为方向作射线，将与该射线相交的第一个矩形框标记为移栽作物幼苗10矩形框，将该矩形框内的连通域位置信息作为移栽作物幼苗10位置输出，图像中的其他矩形框标记为杂草12矩形框，将其连通域的位置信息作为杂草12 位置输出。
[0027]本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)所述装置中采用的色标传感器对环境的要求较低，同时本装置采用的暗室系统具有良好的隔光性，因此本装置不受外界环境光线的干扰，色标传感器可持续准确稳定地识别。
[0029](2)在移栽作物幼苗时，同时在根茎位置附近插入荧光棒，荧光棒和植株的位置可以认为在一个足够小的区域内。因此算法识别的荧光棒的位置可以近似为植株根部入土的位置，这种近似可以简化算法。
[0030](3)通过在植物根茎附近外插荧光棒对移栽作物幼苗进行标记，荧光棒信号强度稳定，几乎不受环境影响，且荧光棒采用可降解材质制作，不会对环境造成污染。
[0031](4)使用RGB相机和色标传感器相结合进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，其特征在于，包括：暗室系统(1)；黑色吸光幕布(2)；白色LED灯(3)；RGB相机(4)；计算机(5)；支架(6)；色标传感器(7)；Arduino单片机开发板(8)；变压器(9)和荧光棒(11)；所述暗室系统(1)由型材搭建而成，四周用黑色吸光幕布(2)覆盖以隔绝外界光的干扰；所述暗室系统(1)的内部顶端布置有一个RGB相机(4)，所述RGB相机(4)与计算机(5)相连接；所述暗室系统(1)的内部顶端固定有四盏白色LED灯(3)，所述四盏白色LED灯(3)均与变压器(9)相连接；所述RGB相机(4)位于白色LED灯(3)的下方；所述暗室系统(1)内部底端布置有六个色标传感器(7)，色标传感器(7)通过Arduino单片机开发板(8)与计算机(5)相连接，色标传感器(7)通过能够调整高度和角度的支架(6)固定；所述荧光棒(11)设置在移栽作物幼苗(10)的根部位置。2.如权利要求1所述的用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，其特征在于，所述RGB相机(4)的视角为45
°
，RGB相机(4)的焦距是8mm，RGB相机(4)距离地面的高度为800mm。3.如权利要求1所述的用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，其特征在于，所述白色LED灯(3)的亮度通过变压器(9)调节，以保证合适的光照条件；变压器(9)的输出电压越大，白色LED灯(3)的亮度越高。4.如权利要求1所述的用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，其特征在于，所述色标传感器(7)产生的激光扫描线与地面平行，六个色标传感器(7)均匀分布，安装高度为距离地面30mm。5.如权利要求1所述的用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别装置，其特征在于，杂草(12)和移栽作物幼苗(10)的图像在同一图像中分离。6.一种用于移栽作物苗期的行内杂草自动识别方法，应用权利要求1
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5任一权利要求所述的装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏文浩，李家乐，陈周洋，彭彦昆，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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