CN104155298B - 基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，包括：步骤10，将摄像头和光强传感器安装在农机的背光侧；步骤20，设置补偿光源，以使其发出的补偿光能够覆盖摄像头的拍摄范围；步骤30，根据光强传感器的检测结果，调节补偿光源的输出功率，以使拍摄范围内的光强在预定范围内变化；步骤40，控制摄像头进行拍摄以获得土壤图像；步骤50，提取土壤图像的RGB值，并将RGB值转化为HSV值；步骤60，根据HSV值、RGB值与土壤表层温度之间的线性测量模型，得到当前土壤的表层湿度值。本发明利用RGB和HSV值测量含水率，避免了接触式测量所带来的操作繁琐与可测范围小的缺陷；采用光强补偿技术，排除了图像测量技术中光强度对表层含水率的影响。

Description

基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法
技术领域
本发明涉及非接触式的土壤表层含水率测量领域，特别是涉及一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，以快速准确测量土壤湿度。
背景技术
中国是农业大国，农业在经济的发展中具有重要的地位，为农业提供高效可靠的服务具有非常重要的意义。随着中国农业的现代化发展，高效精准的农业生产模式至关重要，而农田和耕地中土壤的含水率影响着，土壤的阻力、作物吸收农田养料等方面，所以土壤表层含水率与农业的深耕、播种等有着密切的联系。为此提供成本低、简易、高效、实时性高、能测量局部土壤表层含水率的方法就尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，以解决非接触式测量土壤表层含水率受光照影响较大、不能测量局部范围、实时性差的问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，包括：步骤10，将摄像头和光强传感器安装在农机的背光侧；步骤20，设置补偿光源，以使其发出的补偿光能够覆盖摄像头的拍摄范围；步骤30，根据光强传感器的检测结果，调节补偿光源的输出功率，以使拍摄范围内的光强在预定范围内变化；步骤40，控制摄像头进行拍摄以获得土壤图像；步骤50，提取土壤图像的RGB值，并将RGB值转化为HSV值；步骤60，根据HSV值、RGB值与土壤表层温度之间的线性测量模型，得到当前土壤的表层湿度值。
优选地，在步骤20中，补偿光源安装在摄像头的下方。
优选地，步骤30包括：步骤31，根据光强传感器的检测结果得到当前光强X；步骤32，判断当前光强与预定光强之间的偏差是否小于预定范围，如果是则完成调整；否则根据偏差，控制补偿光源的输出功率。
优选地，步骤50根据下式将RGB值转化为HSV值：
其中，H为色调，S为饱和度，V为亮度。
优选地，线性测量模型是通过以下方式得到的：利用实际的表层含水率和所拍摄的图像作为实验数据，根据实验数据利用曲线拟合的方法，选择HSV和RGB六个值中的四种或四种以上值进行拟合，在所得的曲线中选择线回归系数R的平方值大于0.90以上的，利用变量值最多的作为拟合的最终曲线。
本发明利用图像的RGB值和HSV值来完成土壤表层含水率的测量，避免了接触式测量所带来的操作繁琐与可测范围小的缺陷；采用光强补偿技术，使得所拍摄的图像光强处于很小的范围内变化，从而排除了图像测量技术中光强度对表层含水率的影响。
附图说明
图1是本发明方法的实施流程图。
图2是本发明方法的光强补偿安装示意图。
图3是本发明方法的光强调整流程图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参考附图，本发明提供了一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，包括：
步骤10，将摄像头1和光强传感器2安装在农机的背光侧；
步骤20，请参考图2，设置补偿光源3，以使其发出的补偿光能够覆盖摄像头1的拍摄范围4。在图2中，补偿光源3发出的补偿光的照射范围如附图标记5所示。
步骤30，请参考图3，根据光强传感器2的检测结果，调节补偿光源3的输出功率，以使拍摄范围4内的光强在预定范围内变化。
步骤40，控制摄像头1进行拍摄以获得土壤图像；
步骤50，提取土壤图像的RGB值，并将RGB值转化为HSV值；
步骤60，根据HSV值、RGB值与土壤表层温度之间的线性测量模型，得到当前土壤的表层湿度值。
本发明首先将摄像头、光强传感器安装在农机的背光面，使得摄像头拍摄的范围内不会有阳光直接照射，并且根据摄像头所能拍摄到的范围，确定用来补偿光强度的光源的安装位置；然后根据光强传感器的测量值，在MCU中进行处理分析，决定补偿光源的发射功率，使得在摄像头拍摄的范围内，光强度在很小的范围内变化；最后将拍摄的照片经过数字信号处理，提取出RGB，运算出HSV值，根据RGB、HSV值所建立的模型得出该点的湿度值。
这样，本发明利用图像的RGB值和HSV值来完成土壤表层含水率的测量，避免了接触式测量所带来的操作繁琐与可测范围小的缺陷；采用光强补偿技术，使得所拍摄的图像光强处于很小的范围内变化，从而排除了图像测量技术中光强度对表层含水率的影响。
优选地，在步骤20中，补偿光源安装在摄像头的下方，以为了避免光照强度对湿度测量的影响。
优选地，步骤30包括：
步骤31，根据光强传感器的检测结果得到当前光强X；
步骤32，判断当前光强与预定光强之间的偏差是否小于预定范围，即|X-X0|≤δ，其中，X为当前光强，X0为预定光强，δ为预定范围；如果是则完成调整；否则根据偏差，控制补偿光源的输出功率。
优选地，步骤50根据下式将RGB值转化为HSV值：
其中，H为色调，S为饱和度，V为亮度。
优选地，线性测量模型是通过以下方式得到的：利用实际的表层含水率和所拍摄的图像作为实验数据，根据实验数据利用曲线拟合的方法，选择HSV和RGB六个值中的四种或四种以上值进行拟合，在所得的曲线中选择线回归系数R的平方值大于0.90以上的，利用变量值最多的作为拟合的最终曲线。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法，其特征在于，包括：
步骤10，将摄像头和光强传感器安装在农机的背光侧；
步骤20，设置补偿光源，以使其发出的补偿光能够覆盖所述摄像头的拍摄范围；
步骤30，根据所述光强传感器的检测结果，调节所述补偿光源的输出功率，以使所述拍摄范围内的光强在预定范围内变化；
步骤40，控制所述摄像头进行拍摄以获得土壤图像；
步骤50，提取所述土壤图像的RGB值，并将所述RGB值转化为HSV值；
步骤60，根据所述HSV值、所述RGB值与土壤表层温度之间的线性测量模型，得到当前土壤的表层湿度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤20中，所述补偿光源安装在所述摄像头的下方。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤30包括：
步骤31，根据所述光强传感器的检测结果得到当前光强X；
步骤32，判断所述当前光强与预定光强之间的偏差是否小于所述预定范围，如果是则完成调整；否则根据所述偏差，控制所述补偿光源的输出功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤50根据下式将所述RGB值转化为HSV值：
其中，H为色调，S为饱和度，V为亮度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性测量模型是通过以下方式得到的：
利用实际的表层含水率和所拍摄的图像作为实验数据，根据实验数据利用曲线拟合的方法，选择HSV和RGB六个值中的四种以上值进行拟合，在所得的曲线中选择线回归系数R的平方值大于0.90以上的，利用变量值最多的作为拟合的最终曲线。
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