[发明专利]野外环境玉米株高的监控方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于野外环境玉米株高的监控方法和装置。 

背景技术

玉米是我国关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资之一，在我国的农业生产中占据着举足轻重的地位。株高是玉米植株长势情况最直接的反映，玉米株高整齐度与田间合理密植和玉米穗粒数之间存在很大程度的相关性。为实现玉米株高高效、便捷和稳定地监控，研究相关方法和装置，对于合理地分析玉米植株长势情况和提高玉米产量有着广泛和重要的意义。 

当前玉米株高的测量主要采用现场人工观测和手工测量实现，而在野外环境下，由于光照、温度、天气等大量不可控自然因素的存在，玉米植株的长势情况监控一直不能达到现代智能农业发展的要求。 

野外作物生长环境的特点是环境多样、变化较快，尤其对视频图像监控设备的自适应性要求特别苛刻。我国的玉米生产在自然条件下实行大面积广阔区域的种植方式，在其长势监控方面，有线数据传输方式难以覆盖，只能采用GPRS无线传输技术对采集和处理后的图像进行传输，而目前基于GPRS的无线传输方式由于带宽限制等技术难题的存在，还难以完成野外作物高质量图像的传输。因此，在GPRS传输带宽有限的情况下，研制基于嵌入式的作物长势监控方法和装置，进行图像压缩和特征提取是野外环境作物生长图像监测的现实需求。随着现代农业信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式技术以其灵活性、兼容性和可移植性等特点取得了广阔的发展空间。 

现在国内主要是在可控环境下利用计算机视觉技术、图像处理技术、有线通信技术对作物株高长势监控进行研究，但其中存在诸多问题。首先，可控环 境整体代价过高，需要付出较高的设施成本；其次，野外环境下的玉米作物长势监控整套系统的设计复杂，还不能实现在移动终端设备上的监控；再次，视频图像采集处理模块对于所获取的玉米植株图像的处理，没有达到应有的高效性和便捷性，其图像处理算法单一，应用环境比较苛刻，特别是不能适应野外环境中的光照、风动、雨雪等因素的影响，亟待改进；最后，由于野外环境的特殊性，很多地势和环境恶劣的地区，不能实现电能的有效输送，所以，野外监控设备或装置独立供电的实现上，现在还没有切实可行的方案。 

为了能够更好地实现野外环境下玉米植株长势情况的有效监控，特别是面对广阔的地域条件和复杂多变的野外环境，实现现代智能农业和精细农业在时空上进一步地延伸和发展的长远目标，需要急需克服影响野外环境下玉米植株长势情况有效监控的诸多不利因素，实现监控方法和装置低成本、高效性、便捷性和稳定性的现实目标。 

发明内容

针对玉米植株图像在野外环境中受到风力影响而产生运动模糊问题，本发明提供一种用于野外环境下玉米株高的监控方法和装置，该方法主要包括以下技术方案： 

S1：摄像机三维标定； 

S2：利用无线指令启动采集设备； 

S3：数据处理传输模块根据指令读取第t帧玉米植株图像，并利用抗运动模糊嵌入式图像处理算法处理； 

S4：对S3处理过的图像立体网格化，并进行区域匹配； 

S5：对二维图像进行三维重建，计算玉米植株高度h； 

S6：根据风速风向仪在t时刻所采集到的风速v_t和风向角θ_t，得到修正后的 玉米植株高度H； 

S7：对处理后的植株图像进行压缩编码，无线发送到移动终端供用户查看。 

用于野外环境玉米株高的监控方法和装置，该装置包括五部分：固定结构模块、数据采集模块、数据处理传输模块、独立供电模块和移动终端。 

所述固定结构模块包括固定支架，直角支架，旋转支架，避雷针，接地设备。固定支架1固定于野外环境地面6；直角支架2用于固定数据采集模块；旋转支架3用于放置太阳能板11；安装在固定支架1顶部的避雷针4与固定支架1底部接地部件5一起对整个置于野外环境中的监控装置起到相应的保护作用，整个固定设备可通过底盘螺丝7固定于地面6。 

所述数据采集模块包括CCD摄像头和风速风向仪。其中，双CCD摄像头8固定于直角支架2的下部，通过人工调试，保证摄像机获取最好视野和视距；风速风向仪9包括风向部分和风速部分，通过螺丝安装到直角支架2的上部。双CCD摄像头与风速风向仪通过数据线连接到数据传输模块10；通过电能传输线路连接到太阳能蓄电控制设备12，以获取采集模块工作时所需要的电力供应。 

所述数据处理传输模块10固定于固定支架1的一侧，其内部包含ARM处理器和无线传输模块。