CN103152551B - 用于农作物生长信息的远程图像监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于农作物生长信息的远程图像监测系统及其方法。在本发明中，嵌入式图像采集装置采集图像信息后，去除图像信息中的与农作物生长无关的信息和冗余信息，进行深度压缩，再与远程监控服务器协调控制实时图像传输速率，在有限传输带宽条件下实现了海量图像监控信息的完整性与高质量传输效果,实现农作物生长过程图像的智慧和经济传输。该发明应用于监测具有图像监控装置分布区域广、数量多，且传输带宽有限特征的农业信息。

Description

用于农作物生长信息的远程图像监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及图像数据处理领域，特别是涉及一种用于农作物生长信息的远程图像监测系统及其方法。

背景技术

为长期观察农作物的生长状态，并进行不同区域、不同时刻的农作物生长参数的比较，农业管理与科研部门越来越多地采用嵌入式图像采集系统对农作物生长过程实时监测。

在分布地域广、视频采集点多的农作物生长过程监测视频系统中，对于农作物漫长的生长期的状态采集，每半天采集一次，而对于成熟期或某些特殊时期，最短可设置为每分钟采集一次，图像数据采集信息量很大，当数量众多的视频源同时上传信息时，会造成网络拥塞，不仅会导致网络传输性能下降，严重的时候甚至会使得整个网络无法运行，严重影响整个图像采集系统的正常运转。因而传输带宽常常成为制约整个图像数据采集系统效率与质量的瓶颈。

在农作物的生长过程监测系统中，所采集的连续图像数据大部分为相同的冗余数据，图像中通常还含有一些与农作物无关的干扰信息，传统图像数据的压缩方法不考虑历史图像信息，导致将重复传输大量冗余信息与干扰信息，而造成网络传输带宽需求高，传输质量严重下降。

目前通常是依靠提升网络带宽缓解这一问题，但随着监测视频源数量急剧增多，带宽的提升受限于硬件条件与成本，其改善效果并不理想，最终造成不能同时监测较多图像采集点，以致信息不完整。

发明内容

技术问题：用于农作物生长信息的远程图像监测系统及其方法，解决在传输带宽有限的情况下提高范围内农作物生长过程参数的图像数据传输质量的问题。

技术方案：用于农作物生长信息的远程图像监测系统，包括位于农作物生长现场的嵌入式图像采集装置和位于监测中心的远程监控服务器；其中，

嵌入式图像采集装置，实现图像采集、图像深度压缩、图像可控速率传输和存储；

嵌入式图像采集装置包括微处理器、数据采集模块、数据存储模块、网络模块以及电源模块，其通过网络模块与远程监控服务器通讯，动态协调控制其在通讯过程中的通讯速率；

图像采集由通过微处理器控制数据采集模块定时采集现场图像数据；

图像深度压缩实现方式为嵌入式图像采集装置依次采集视频图像，结合所监测农作物的生长特点，通过相关处理算法去除与农作物生长过程无关的干扰信息，通过差值算法去除与历史图像信息相重复的冗余信息，再进行行程编码，并将压缩过的数据传送至远程监控服务器；

图像可控速率传输实现方式为，嵌入式图像采集装置根据待传输数据的信息变化量、变化速率及数据存储模块中存储的未传输数据量，与远程监控服务器协调数据传输速率；远程监控服务器根据当前的通讯信道带宽和通信优先级，决定是否允许该嵌入式图像采集装置改变传输速率；若与远程监控中心通讯失败，则将数据暂存入数据存储模块中，留待通讯恢复后传输，从而实现断点传输功能，上传成功后，删除本地数据存储模块中数据。

远程监控服务器，用于处理接收到的数据信息，将接受来自嵌入式图像采集装置传来的数据，并将该数据与已经存储的上一张图像数据进行加法重建，将恢复的结果存入服务器，从而获得当前图像，同时控制整个入口网络的通讯速率以及各个嵌入式图像采集装置的配置。

用于农作物生长信息的远程图像监测方法，步骤包括：

（1）嵌入式图像采集装置通过控制图像采集模块定时采集第一张图像数据，即图像采集模块复位后，嵌入式图像采集装置采集第一张图像，经过采样量化之后，采用行程编码压缩处理，传送至远程监控服务器，同时保存在本地；

（2）继续采集图像，将采集到的图像与上一张图像做相关处理和差值运算，去除冗余信息、无关信息，对运算结果采用行程编码压缩处理，并保存在本地数据存储模块；

（3）嵌入式图像采集装置根据压缩后的数据计算信息变化量和变化速率，并与前次与远程监控中心协调获得的通信速率阈值进行比较；同时检查数据存储模块中未传输的数据量是否超过阈值；

（4）如果变化量或变化速率超过设定阈值，或者数据存储模块中未传输的数据量超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求增加传输速率，转入（6）；

（5）如果信息变化量和变化速率小于监控服务器的设置阈值，且数据存储模块未传输的数据量未超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求减少数据传输速率，转入（7）；

（6）远程监控服务器根据当前的通讯信道带宽及通信优先级，决定是否允许该嵌入式图像采集装置提高传输速率；如果获得提高通讯速率允许，则逐步增加传输速率，之后删除数据存储模块中成功传输的内容，如果未获得允许，则将当前数据内容存入数据存储模块中，留待下次通讯时择机发送；转入（8）；

（7）远程监控服务器允许该嵌入式图像采集装置修改传输速率，嵌入式图像采集装置逐步减少数据传输速率，直到下降到正常的数据传输速率；转入（8）；

（8）若与远程监控服务器通讯失败，则将数据存入数据存储模块，留待通讯恢复后传输；

（9）远程监控服务器将接收到的数据与存储的上一张图像进行加法运算，重建当前图像，并将恢复的结果存入服务器，从而获得当前图像。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：1）针对农作物不同状态下的监控需求，动态控制调节数据传输率，避免对当前图像数据采集硬件体系的大范围改动，可以节约系统的硬件成本，节约带宽；2）图像编码压缩总体高于70%，大大减少了所需传输的数据量，从根本上缓解带宽不足的现状，特别适合变化性较小的农业信息图像采集系统；3）在不影响图像数据采集质量的基础上，提升了整个网络传输的速度；4）集成了SD卡模块，在网络出现通讯故障或带宽不足的情况下，将信息存入本地，防止丢失信息，支持断点传输功能。

附图说明

图1为本发明实施例的监测系统整体拓扑图；

图2为本发明实施例的图像深度压缩与可控传输速率流程图；

图3为本发明实施例的数据传输速率变化示意图；

图4为本发明实施例的基于差值图像编码的深度压缩处理示意图；

图5为本发明实施例的基于差值图像解码的深度压缩处理示意图；

图6为本发明实施例的嵌入式图像采集装置的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1为本发明实施例的监测系统整体拓扑图，本实施例中用于农作物生长信息的远程图像监测系统，由嵌入式图像采集装置和远程监控服务器组成。嵌入式图像采集装置位于农作物生长现场，控制摄像头采集数据，应用相关处理、差值图像编码等算法实现对数据的深度压缩处理，再利用可控传输速率算法，通过Internet与远程监控服务器进行通讯。

图6为本发明实施例的嵌入式图像采集装置的硬件结构图，嵌入式图像采集装置包括微处理器TMS320DM642、摄像头数据采集模块TVP5150、SD卡模块以及电源模块，该装置其通过网络模块与远程监控服务器通讯，动态协调控制其在通讯过程中的通讯速率。此外，该装置中的各个组成部件不限于前述指定的部件，任何该领域的普通技术人员不经创造性思考能够得到的等价形式都可以作为相应部件的替换方式。

图2、3、4、5为本实施例的具体工作方法流程图，步骤如下：

（1）嵌入式图像采集装置通过控制图像采集模块TVP5150定时采集第一张图像数据，即图像采集模块复位后，嵌入式图像采集装置采集第一张图像，经过采样量化之后，采用行程编码压缩处理，传送至远程监控服务器，同时保存在本地；

（2）继续采集图像，将采集到的图像与上一张图像做相关处理和差值运算，去除冗余信息、无关信息，对运算结果采用行程编码压缩处理，并保存在本地SD卡；

（3）嵌入式图像采集装置根据压缩后的数据计算信息变化量和变化速率，并与前次与远程监控中心协调获得的通信速率阈值进行比较；同时检查SD卡中未传输的数据量是否超过阈值；

（4）如果变化量或变化速率超过设定阈值，或者SD卡中未传输的数据量超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求增加传输速率，转入（6）；

（5）如果信息变化量和变化速率小于监控服务器的设置阈值，且SD卡未传输的数据量未超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求减少数据传输速率，转入（7）；

（6）远程监控服务器根据当前的通讯信道带宽及通信优先级，决定是否允许该嵌入式图像采集装置提高传输速率；如果获得提高通讯速率允许，则逐步增加传输速率，之后删除SD卡中成功传输的内容，如果未获得允许，则将当前数据内容存入SD卡中，留待下次通讯时择机发送；转入（8）；

（7）远程监控服务器允许该嵌入式图像采集装置修改传输速率，嵌入式图像采集装置逐步减少数据传输速率，直到下降到正常的数据传输速率；转入（8）；

（8）若与远程监控服务器通讯失败，则将数据存入SD卡，留待通讯恢复后传输；

（9）远程监控服务器将接收到的数据与存储的上一张图像进行加法运算，重建当前图像，并将恢复的结果存入服务器，从而获得当前图像。

通过以上方式依次获得所监测农作物的生长图像数据。

Claims (3)

1.用于农作物生长信息的远程图像监测系统，其特征在于，包括位于农作物生长现场的嵌入式图像采集装置和位于监测中心的远程监控服务器；其中，嵌入式图像采集装置，实现图像采集、图像深度压缩、图像可控速率传输和存储；所述图像深度压缩实现方式为嵌入式图像采集装置依次采集视频图像，结合所监测农作物的生长特点，去除与农作物生长过程无关的干扰信息，再通过差值算法去除与历史图像信息相重复的冗余信息，再进行行程编码，并将压缩过的数据传送至远程监控服务器；远程监控服务器，接收来自嵌入式图像采集装置传来的数据，并将该数据与已经存储的上一张图像数据进行加法重建，将恢复的结果存入服务器，从而获得连续图像，同时控制整个入口网络的通讯速率以及各个嵌入式图像采集装置的配置；所述图像可控速率传输实现方式为，嵌入式图像采集装置根据待传输数据的信息变化量、变化速率及数据存储模块中存储的未传输数据量，与远程监控服务器协调数据传输速率；远程监控服务器根据当前的通讯信道带宽和传输内容的优先级，决定是否允许该嵌入式图像采集装置改变传输速率；若与远程监控中心通讯失败，则将数据暂存入数据存储模块中，留待通讯恢复后传输，从而实现断点传输，上传成功后，删除本地数据存储模块中的数据。

2.如权利要求1所述的用于农作物生长信息的远程图像监测系统，其特征在于，嵌入式图像采集装置包括微处理器、数据采集模块，数据存储模块、网络模块以及电源模块，其通过网络模块与远程监控服务器通讯，动态协调控制其在通讯过程中的通讯速率。

3.用于农作物生长信息的远程图像监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)嵌入式图像采集装置通过控制图像采集模块定时采集第一张图像数据，经过采样量化之后，采用行程编码压缩处理，传送至远程监控服务器，同时保存在本地；

(2)继续采集图像，将采集到的图像与上一张图像比较，去除冗余信息、无关信息，对运算结果采用行程编码压缩处理，并保存在本地数据存储模块；

(3)嵌入式图像采集装置根据压缩后的数据计算信息变化量和变化速率，并与前次与远程监控中心协调获得的通信速率阈值进行比较；同时检查数据存储模块中未传输的数据量是否超过阈值；

(4)如果变化量或变化速率超过设定阈值，或者数据存储模块中未传输的数据量超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求增加传输速率，转入(6)；

(5)如果信息变化量和变化速率小于监控服务器的设置阈值，且数据存储模块未传输的数据量未超过阈值，则与远程监控服务器通讯，请求减少数据传输速率，转入(7)；

(6)远程监控服务器根据当前的通讯信道带宽及通信优先级，决定是否允许该嵌入式图像采集装置提高传输速率；如果获得提高通讯速率允许，则逐步增加传输速率，之后删除数据存储模块中成功传输的内容，如果未获得允许，则将当前数据内容存入数据存储模块中，留待下次通讯时择机发送；转入(8)；

(7)远程监控服务器允许该嵌入式图像采集装置修改传输速率，嵌入式图像采集装置逐步减少数据传输速率，直到下降到正常的数据传输速率；转入(8)；

(8)若与远程监控服务器通讯失败，则将数据存入数据存储模块，留待通讯恢复后传输；

(9)远程监控服务器将接收到的数据与存储的上一张图像进行加法运算，重建当前图像，并将恢复的结果存入服务器，从而获得当前图像。