不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于农业保护性耕作技术领域，涉及不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及其装置。该述装置包括暗箱箱体(1)、第一智能条形LED灯(2)、工业相机(3)、第二智能条形LED灯(4)、主机(5)、光照强度与色温传感器(6)、第三智能条形LED灯(7)和第四智能条形LED灯(8)；本申请通过在暗箱箱体(1)的顶部采取对称式垂直安装方法且光源照射面积完全覆盖暗箱内地表面积，暗箱覆盖区域内的地表可得到均匀一致的光照，消除因光源成角度照射造成光线的高度集中，而导致暗箱内部地表明暗不均以及在地表秸秆上形成光源形状的投影，进而保证工业相机采集地表原始图像的质量。该装置可挂接于农业机械，用以提高检测精度与检测效率。用以提高检测精度与检测效率。用以提高检测精度与检测效率。

【技术实现步骤摘要】
不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及装置


[0001]本专利技术属于农业保护性耕作
，特别涉及不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及其装置。

技术介绍

[0002]秸秆覆盖地表是保护性耕作的关键环节，可有效减少地表风蚀、水蚀，显著改善土壤微生物群落组成结构，提高土壤固氮与固碳的能力。2021年9月，农业农村部印发的《全国高标准农田建设规划(2021
‑
2030年)》明确提出采取秸秆还田、增施有机肥、种植绿肥等方式，增加土壤有机质，治理退化耕地，改良土壤结构，提升土壤肥力，并将以实施保护性耕作开展黑土地保护作为土壤改良的示范。秸秆覆盖率为研究秸秆覆盖程度与地表风蚀、水蚀以及土壤物化性质变化提供数据支撑，进而指导农田采取合理秸秆覆盖形式。同时，秸秆覆盖率是检测秸秆还田效果的重要指标，为国家耕地地力保护补贴政策实施提供标准依据。秸秆覆盖率检测对于保护性耕作全面推广、促进农业可持续发展有重要意义。因此，秸秆覆盖率检测是十分必要的。
[0003]由于田间环境复杂，光照强度、秸秆状态、田间其他非目标物体(如杂草、土壤状态)等变量因素，均给秸秆覆盖率检测带来阻碍。传统秸秆覆盖率检测方式在实际应用中受到制约，检测过程受人的主观影响，人的观察经验与视觉误差均会影响测量结果，且检测速度慢。目前，国内外有利用图像处理技术进行地表覆盖物检测，但仍存在检测环境的光照变量导致图像误分割率高，识别精度低。因此，亟需一种可实现抑制田间复杂环境影响的快速自动检测秸秆覆盖率的方法及其装置。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供不受外界光源干扰的用于地表秸秆覆盖率快速检测的光源可控暗箱装置，该装置提供无外界自然光的完全黑暗立方空间以及可控光源，使地表秸秆图像采集过程不受自然环境光照影响。该装置可挂接于农业机械，用以实时检测地表秸秆覆盖率，减少田间自然环境条件干涉，提高检测精度与检测效率。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法，通过调控智能光源设置所需地表图像采集的光照条件与采取掩膜算法，抑制地表绿色杂草对秸秆识别的影响，消除外界光线对图像灰度化的影响，获取精准的检测结果。该检测方法预计检测时间为1.5～2s，与机具前进速度相适应，具有较好的实时性与鲁棒性。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，所述装置包括：暗箱箱体1、第一智能条形LED灯2、工业相机3、第二智能条形LED灯4、主机5、光照强度与色温传感器6、第三智能条形LED灯7和第四智能条形LED灯8；
[0008]所述暗箱箱体1为下部敞口的立方体，内部涂有不透光涂层，为检测提供无自然环境光影响的密闭环境；
[0009]四个工业相机3，用于采集暗箱箱体1内的地表图像，分别置于暗箱箱体1的顶部内侧，位于顶面四分区域的中心，且工业相机3的镜头垂直暗箱箱体1的顶面朝向暗箱箱体1的下部敞口，通过线缆与主机5相连；
[0010]第一智能条形LED灯2、第二智能条形LED灯4、第三智能条形LED灯7和第四智能条形LED灯8安装在暗箱箱体1的顶部内侧，由主机5进行无线调控，为图像采集提供特定光源；
[0011]第一智能条形LED灯2、第二智能条形LED灯4、第三智能条形LED灯7和第四智能条形LED灯8的光源照射面积完全覆盖暗箱内地表面积；
[0012]光照强度与色温传感器6置于暗箱侧壁内部，用以实时监测暗箱内部光线的光照强度与色温，并通过I2C适配器与主机5相连。
[0013]第三智能条形LED灯7为矩形，置于暗箱箱体1的顶面中心且垂直于暗箱箱体1的顶面安装；第三智能条形LED灯7的长边侧的外侧的四个角部设有四个工业相机3；
[0014]第四智能条形LED灯8为矩形，一对第四智能条形LED灯8对称设置在第三智能条形LED灯7的短边侧的外侧，垂直于暗箱箱体1的顶面安装；
[0015]第二智能条形LED灯4为矩形，一对第二智能条形LED灯4对称设置在第三智能条形LED灯7的长边侧的外侧，垂直于暗箱箱体1的顶面安装；
[0016]第一智能条形LED灯2为矩形，一对第一智能条形LED灯2与第二智能条形LED灯4平行，且位于第二智能条形LED灯4的外侧，垂直于暗箱箱体1的顶面安装。
[0017]所述暗箱箱体1为Q235材质。
[0018]一种利用如所述的地表秸秆覆盖率快速检测装置的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法，所述方法包括如下步骤：
[0019]步骤1、将暗箱箱体1的敞口一侧置于待测秸秆覆盖率的地表上，通过数据传输线将四个工业相机3与主机5相连，第一智能条形LED灯2、第二智能条形LED灯4、第三智能条形LED灯7与第四智能条形LED灯与主机5无线相连；通过I2C适配器将光照强度与色温传感器6与主机5相连，并形成稳定通讯；
[0020]对4个工业相机3进行标定，通过刚体变换、透视投影、二次转换完成三维世界坐标与二维像素坐标的转化，确定地表上每点的几何位置与其在相机获取图像中对应点之间的作用关系；
[0021]步骤2、通过主机5将第一智能条形LED灯2、第二智能条形LED灯4、第三智能条形LED灯7与第四智能条形LED灯8的灯光颜色控制为绿色，光照强度控制为70000～80000Lux，色温控制为5200
±
200K；
[0022]步骤3、标定后的工业相机3获取暗箱内图像，主机5对4个工业相机3采集的地表图像进行图像拼接，其包括图像配准及图像融合，形成分辨率稳定的大视场图像；
[0023]步骤4、通过索引拆分RGB大视场图像通道，获得图像的B通道、G通道、R通道的数值；
[0024]步骤5、利用超绿算子Z＝2G
‑
R
‑
B对图像进行灰度化处理，获取超绿灰度图；
[0025]步骤6、对获取的超绿灰度图进行自适应阈值分割，将图像中绿色杂草与背景区分开，获得二值化图像；
[0026]步骤7、查找二值化图像中绿色杂草部分轮廓，确定轮廓的像素位置并计算轮廓内像素总数，轮廓内像素总数与整个图像像素总数的比值即为杂草覆盖率；
[0027]步骤8、通过主机5将第一智能条形LED灯2、第二智能条形LED灯4、第三智能条形LED灯7与第四智能条形LED灯8的灯光颜色调节为自然光，光照强度控制为9000～10000Lux，色温控制为4500
±
200K；
[0028]步骤9、已标定的工业相机3获取暗箱内图像，按照步骤3，主机5对4个工业相机3采集的地表图像进行图像拼接，再次形成分辨率稳定的大视场图像；
[0029]步骤10、根据步骤7获取的绿色杂草轮廓的像素位置，构造掩膜图像，对步骤9获取的大视场图像进行掩膜运算，获取结果图像，剔除绿色杂草部分对地表秸秆识别的影响；
[0030]步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：所述装置包括：暗箱箱体(1)、第一智能条形LED灯(2)、工业相机(3)、第二智能条形LED灯(4)、主机(5)、光照强度与色温传感器(6)、第三智能条形LED灯(7)和第四智能条形LED灯(8)；所述暗箱箱体(1)为下部敞口的立方体，内部涂有不透光涂层，为检测提供无自然环境光影响的密闭环境；四个工业相机(3)，用于采集暗箱箱体(1)内的地表图像，分别置于暗箱箱体(1)的顶部内侧，位于顶面四分区域的中心，且工业相机(3)的镜头垂直暗箱箱体(1)的顶面朝向暗箱箱体(1)的下部敞口，通过线缆与主机(5)相连；第一智能条形LED灯(2)、第二智能条形LED灯(4)、第三智能条形LED灯(7)和第四智能条形LED灯(8)安装在暗箱箱体(1)的顶部内侧，由主机(5)进行无线调控，为图像采集提供特定光源；第一智能条形LED灯(2)、第二智能条形LED灯(4)、第三智能条形LED灯(7)和第四智能条形LED灯(8)的光源照射面积完全覆盖暗箱内地表面积；光照强度与色温传感器(6)置于暗箱侧壁内部，用以实时监测暗箱内部光线的光照强度与色温，并通过I2C适配器与主机(5)相连。2.如权利要求1所述的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：第三智能条形LED灯(7)为矩形，置于暗箱箱体(1)的顶面中心且垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第三智能条形LED灯(7)的长边侧的外侧的四个角部设有四个工业相机(3)；第四智能条形LED灯(8)为矩形，一对第四智能条形LED灯(8)对称设置在第三智能条形LED灯(7)的短边侧的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第二智能条形LED灯(4)为矩形，一对第二智能条形LED灯(4)对称设置在第三智能条形LED灯(7)的长边侧的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第一智能条形LED灯(2)为矩形，一对第一智能条形LED灯(2)与第二智能条形LED灯(4)平行，且位于第二智能条形LED灯(4)的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装。3.如权利要求1所述的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：所述暗箱箱体(1)为Q235材质。4.一种利用如权利要求1～3中任意一项所述的地表秸秆覆盖率快速检测装置的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)、暗箱箱体(1)的敞口一侧置于待测秸秆覆盖率的地表上，通过数据传输线将四个工业相机(3)与主机(5)相连，第一智能条形LED灯(2)、第二智能条形LED灯(4)、第三智能条形LED灯(7)与第四智能条形LED灯与主机(5)无线相连；通过I2C适配器将光照强度与色温传感器(6)与主机(5)相连，并形成稳定通讯；对4个工业相机(3)进行标定，通过刚体变换、透视投影、二次转换完成三维世界坐标与二维像素坐标的转化，确定地表上每点的几何位置与其在相机获取图像中对应点之间的作用关系；步骤2)、通过主机(5)将第一智能条形LED灯(2)、第二智能条形LED灯(4)、第三智能条形LED灯(7)与第四智能条形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪文，江珊，何进，王庆杰，卢彩云，袁盼盼，崔单丹，贺栋，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：