[实用新型]基于图像采集的农田自动灌溉系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及农田水利领域，尤其涉及一种基于图像采集的农田自动灌溉系统。

背景技术

农田自动灌溉系统受到世界各地的普遍关注，随着农业就业人口的减少和水资源的匮乏，农田自动灌溉面临的良好的发展契机，达到减少劳动力和节水的目的。尤其是水资源严重短缺的农业国家，一般来说，农业用水占去了总用水量的大部分，最近各国的频发的大范围干旱，为人们节约用水敲响了警钟。因此高效的自动化控制灌溉技术不但能够有效的节水节能，同时也是农业现代化的标志。

然而现有的农田自动灌溉系统采用的灌溉模式有两种，一种是依靠农业水利管理人员的个人经验来控制灌溉，而凭经验控制灌溉不能根据土壤含水量及作物的需水量来科学地进行灌溉控制，势必会造成水资源的浪费，另一种是采用湿度传感器实时检测土壤含水量，根据土壤含水量来控制灌溉水量，而这种灌溉方式未依靠作物干旱程度的第一手数据实现控制，获得的灌溉水量必有误差，精度不高。

因此，需要一种新的农田自动灌溉系统，能够直接获取被灌溉对象即农作物的生长状况，从而分析出其干旱程度，基于获得的干旱程度确定对应农作物的灌溉水量，提高自动灌溉的准确性，在保证农作物得到合理灌溉的同时，达到节约水资源的目的。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于图像采集的农田自动灌溉系统，引入图像采集设备和图像分析设备，对被灌溉的农作物进行拍摄，获得作物图像，根据干旱时作物偏白的状况，对作物图像中白像素进行统计，基于统计结果确定农作物的干旱程度，并引入无线通信模式和水量实时控制模式完成基于干旱程度控制灌溉的控制过程，控制方式更简单、直接、有效。

根据本实用新型的一方面，提供了一种基于图像采集的农田自动灌溉系统，所述系统包括多个现场检测子系统和计算机控制子系统，每一个现场检测子系统设置在一个农田分区内，用于检测对应农田分区的作物干旱程度，所述计算机控制子系统与所述多个现场检测子系统无线连接，基于每一个现场检测子系统对应农田分区的作物干旱程度确定对应农田分区的灌溉流量。

更具体地，在所述基于图像采集的农田自动灌溉系统中，每一个现场检测子系统还包括现场存储器，用于存储作物上限灰度阈值和作物下限灰度阈值，所述现场存储器还存储了干旱程度对照表，所述作物上限灰度阈值和所述作物下限灰度阈值用于将图像中的作物和背景分离，所述干旱程度对照表保存了白像素百分比和作物干旱程度的一一对应关系；图像采集器，设置在对应农田分区的上方，用于采集对应农田分区的农田图像；图像处理器，分别连接所述图像采集器和所述现场存储器，包括中值滤波单元、图像分割单元、图像二值化单元、统计单元和干旱程度确定单元，所述中值滤波单元与所述图像采集器连接，用于对所述农田图像进行中值滤波以输出滤波图像，所述图像分割单元与所述中值滤波单元和所述现场存储器分别连接，用于将所述滤波图像中灰度值在所述作物上限灰度阈值和所述作物下限灰度阈值之间的像素识别并组成作物子图像，所述图像二值化单元与所述图像分割单元连接，用于将所述作物子图像二值化以输出二值化作物图像，所述统计单元与所述图像二值化单元连接，用于统计所述二值化作物图像中灰度值为255的像素数量占据所述二值化作物图像总像素数量的白像素百分比，所述干旱程度确定单元与所述统计单元和所述现场存储器分别连接，用于基于所述统计单元输出的白像素百分比在所述干旱程度对照表中查找对应的作物干旱程度；电磁阀，设置在对应农田分区的灌溉水道中，基于接收到的电磁阀打开信号和电磁阀关闭信号分别控制所述灌溉水道的打开和关闭，以决定所述灌溉水道上方的灌溉水流是否能够进入所述灌溉水道；灌溉流量计，设置在对应农田分区的灌溉水道中，用于实时检测所述灌溉水道的已流入水量；现场无线通信接口，与所述计算机控制子系统的远程无线通信接口无线连接，还与所述图像处理器、所述电磁阀和所述灌溉流量计分别连接，用于无线发送所述对应的作物干旱程度和所述已流入水量，无线接收电磁阀打开信号和电磁阀关闭信号；所述计算机控制子系统还包括远程无线通信接口，与每一个现场检测子系统的现场无线通信接口无线连接，用于无线接收所述对应的作物干旱程度和所述已流入水量，无线发送电磁阀打开信号和电磁阀关闭信号；远程存储器，用于存储预设干旱程度阈值，还用于存储水量对照表，所述水量对照表保持了作物干旱程度和预定灌溉水量的一一对应关系；处理器，与所述远程无线通信接口和所述远程存储器分别连接，针对每一个现场检测子系统，当接收到的所述对应的作物干旱程度大于等于所述预设干旱程度阈值时，发出电磁阀打开信号，并基于所述对应的作物干旱程度在所述水量对照表中查找对应的预定灌溉水量，并在接收到的所述已流入水量与所述对应的预定灌溉水量匹配时，发出电磁阀关闭信号；显示器，与所述处理器连接，用于实时显示每一个现场检测子系统的所述对应的作物干旱程度和所述已流入水量，还基于电磁阀打开信号或电磁阀关闭信号实时显示每一个现场检测子系统的电磁阀的动态开关模拟图；其中，所述计算机控制子系统设置在当地农田水利管理部门的监控机房内，所述现场无线通信接口和所述远程无线通信接口的通信标准相同，都为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一种，所述图像二值化单元输出的二值化作物图像中的像素灰度值为0或255，灰度值为0的像素为黑像素，灰度值为255的像素为白像素。