CN105300993B

CN105300993B - 一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法

Info

Publication number: CN105300993B
Application number: CN201510703621.0A
Authority: CN
Inventors: 马伟; 王秀; 冯青春
Original assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2018-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-26
Also published as: CN105300993A

Abstract

本发明涉及农业技术领域，具体涉及了一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法。该方法包括：将多层叶片分别通过托叶架装置设置在靶标作物的上方，并可对多层叶片进行角度模拟；在计算机控制系统的控制下，顶置摄像头通过水平移动与垂直移动以实现从上面追踪多层叶片上的雾滴，同时，侧置摄像头通过角度转动以实现从侧面追踪多层叶片上的雾滴；释放雾滴，使雾滴在多层叶片中的顶层生成后开始扩散，并自上而下滚落至其他各层，在此期间，通过顶置摄像头与侧置摄像头共同配合以采集该雾滴的滚落信息及铺展特性信息，同时将采集到的信息反馈给计算机控制系统；计算机控制系统利用数据库信息建立雾滴的铺展模型。

Description

一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法。

背景技术

农业的发展很大程度上依赖装备的进步，精准农业将信息化和农业结合起来，实现了农业发展模式的质的飞跃，为农业技术的快速发展和应用插上了翅膀。植保是精准农业重要环节，植保技术的研究目前多为药械的测试，对于雾滴在作物上的表现相对缺乏，传统方式主要是人工操作然后在电子显微镜下观察，无法实现对雾滴的铺展研究深入细致，不利于变量喷药及其机理的研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，使得可实现快速收集雾滴铺展图像，并获取雾滴叶面铺展特性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，包括如下步骤：

S1、将多层叶片分别通过托叶架装置设置在靶标作物的上方，并在计算机控制系统的操控下实时调整托叶架装置的空间位置，用于完成对多层叶片的角度模拟；

S2、将顶置摄像头、侧置摄像头分别对应安装在多层叶片的上方、侧方；在计算机控制系统的控制下，顶置摄像头通过水平移动与垂直移动以实现从上面追踪多层叶片上的雾滴，同时，侧置摄像头通过角度转动以实现从侧面追踪多层叶片上的雾滴；

S3、释放雾滴，使雾滴在多层叶片中的顶层生成后开始扩散，并自上而下滚落至其他各层，在此期间，通过顶置摄像头与侧置摄像头共同配合以采集该雾滴的滚落信息及铺展特性信息，同时将采集到的信息反馈给计算机控制系统；

S4、计算机控制系统根据顶置摄像头和侧置摄像头反馈的信息，利用数据库信息建立雾滴的铺展模型。

其中，将所述多层叶片的层数设置为不少于三层。

其中，当所述多层叶片的层数为三层时，所述托叶架装置包括纵向设置的升降支架和分别横向设置的上层托叶架、中层托叶架及下层托叶架；所述多层叶片分别对应固定在各层托叶架上，所述各层托叶架的一端分别铰接于升降支架上，且在计算机控制系统的作用下调节所述多层叶片的角度变化范围。

其中，将所述顶置摄像头的数量设置为多组，各组顶置摄像头分别可移动地安装在多层叶片上方的水平轨道上。

其中，各组顶置摄像头分别通过第一驱动装置可移动地安装在多层叶片上方的水平轨道上，所述第一驱动装置与计算机控制系统通讯连接，用于驱动每组顶置摄像头水平移动与垂直移动。

其中，将所述侧置摄像头的数量设置为多组，各组侧置摄像头分别通过第二驱动装置设置在多层叶片的侧方，所述第二驱动装置与计算机控制系统通讯连接，用于驱动每组侧置摄像头进行角度转动。

其中，所述第一驱动装置、第二驱动装置分别为步进电机。

其中，步骤S3中，在雾滴开始扩散时通过电子计时装置进行计时，该电子计时装置与顶置摄像头连接，使得拍摄图像包含有时间信息。

其中，所述电子计时装置为电子秒表。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明基于多角度机器视觉获取雾滴铺展图像，通过计算机控制系统实现控制多组叶片倾角以及相互位置关系，可快速精准测量雾滴连续从一个叶片滚落后在其他叶片上的铺展规律；可进行三组或三组以上的叶片互相滚落，同时可测试真实植株沉积雾滴后叶片的铺展，从而快速得出雾滴铺展模型。

附图说明

图1为本发明实施例雾滴叶面铺展特性图像采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例在对三层叶片进行雾滴叶面铺展特性图像采集的原理方框图；

其中，1：计算机控制系统；2：水平轨道；3：移动电机；4：横向电机；5：垂直电机；6：顶置摄像头；7：侧置摄像头；8：角度电机；10：上层托叶架；11：中层托叶架；12：下层托叶架；13：靶标作物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，本实施例提供一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其包括如下步骤：

S1、将多层叶片分别通过托叶架装置设置在靶标作物13的上方，并在计算机控制系统1的操控下实时调整托叶架装置的空间位置，从而实现对多层叶片的角度模拟，包括多层叶片的角度及相对位置关系；而且，靶标作物13可放置实际叶片模拟整株作物，当然也可根据实际需要灵活调整。

S2、将顶置摄像头6、侧置摄像头7分别对应安装在多层叶片的上方、侧方；其中，顶置摄像头6在计算机控制系统1的控制下进行水平移动与垂直移动，用于采集俯视图像，并在上方移动跟踪获取雾滴移动信息；同时，侧置摄像头7在计算机控制系统1的控制下进行角度转动，用于在侧面采集不同角度的雾滴信息。

S3、释放雾滴，雾滴在多层叶片中的顶层生成后开始扩散，并自上而下滚落至其他各层，换言之，该雾滴从顶层叶片扩散到边缘，然后滚落到中层，并继续扩散滚落到底层；在此期间，该雾滴的滚落信息、铺展特性信息分别通过顶置摄像头6、侧置摄像头7记录并反馈给计算机控制系统1。此外，在步骤S3中，在雾滴开始扩散时通过电子计时装置进行计时，该电子计时装置与顶置摄像头6连接，使得拍摄图像包含有时间信息。优选的，电子计时装置为电子秒表。

S4、计算机控制系统1根据顶置摄像头6和侧置摄像头7反馈的信息，经融合图像后利用数据库信息建立雾滴的铺展模型。本发明将雾滴作为重点对象，研究少量特征雾滴的铺展，使得雾滴的铺展研究深入细致，为变量喷药及其机理的研究提供重要的方法和手段。

本实施中将多层叶片的层数设置为不少于三层。当然，还可根据实际需要灵活设置。当多层叶片的层数为三层时，托叶架装置包括纵向设置的升降支架和分别横向设置的上层托叶架10、中层托叶架11及下层托叶架12；其中，升降支架可在垂直方向伸缩移动，实现对不同株高进行模拟；多层叶片分别对应固定在各层托叶架上，各层托叶架的一端分别铰接于升降支架上，可进行角度调节；并且在计算机控制系统1的作用下调节多层叶片的角度变化范围。

具体的，上层托叶架10用来模仿顶层叶片，并在竖直方向的高度可调节，实现对不同株高进行模拟。对应的，中层托叶架11模拟中层叶片，下层托叶架12模拟底层叶片的雾滴扩散。

此外，将顶置摄像头6的数量设置为多组，各组顶置摄像头6分别可移动地安装在多层叶片上方的水平轨道2上。而且，各组顶置摄像头6分别通过第一驱动装置可移动地安装在多层叶片上方的水平轨道2上，第一驱动装置与计算机控制系统1通讯连接，用于驱动每组顶置摄像头6进行水平移动与垂直移动，从而实现在三维方向的坐标定位。

对应的，将侧置摄像头7的数量也设置为多组，各组侧置摄像头7分别通过第二驱动装置设置在多层叶片的侧方，第二驱动装置与计算机控制系统1通讯连接，用于驱动每组侧置摄像头7进行角度转动。

进一步的，第一驱动装置、第二驱动装置分别为步进电机。举例说明：第一驱动装置包括移动电机3、垂直电机5及横向电机4，其中，移动电机3接受计算机控制信号，根据坐标带动顶置摄像头6沿水平轨道2运动；垂直电机5和计算机连接，用于驱动顶置摄像头6在垂直方向上移动，对应的，横向电机4接受信号后用于控制整个摄像设备在水平位置做横向运动。第二驱动装置包括两个角度电机8，角度电机8根据采集摄像头位置驱动摄像头角度转动，从而实现改变角度的功能。

结合图2所示，其工作过程为：根据试验需要固定叶片后，通过计算机设定三层叶片角度变化范围，叶片和摄像头之间的联动可通过计算机数学模型控制；摄像头采集雾滴铺展，并开始秒表计时雾滴扩展特性，雾滴扩展到一定时间后，计算机控制角度倾斜，与此同时角度电机8动作，侧面摄像头对准滚落雾滴采集雾滴的图像，实现同一雾滴三层滑落轨迹的追踪；经过对图像的融合，直接得出雾滴的铺展面积扩散轨迹，从而得出雾滴的扩散曲面。

在图2中，三层叶片(可以增加为多层)之间的高度可灵活调节。而且其高度可以加速度上升，用于模拟叶片被雾滴沉积击中后反弹的图像特征。同时，对应的三个倾角也可以根据控制器设定的参数随时间变化，从而实现模拟雾滴在各种不同的叶片角度以及叶片间滚落的扩展特性，也可以获取雾滴在真实作物上的扩展特性，极大的扩展了研究的准确性和可扩展性。当然，在本发明的基础上，本领域技术人员还可以进一步扩展与变形，此修改均应属于本发明的保护范围。例如：将整体设备放在防风罩内，且在防风罩内增加照明设备及变量施药设备等。

综上所述，本发明基于多角度机器视觉获取雾滴铺展图像，通过计算机控制系统实现控制多组叶片倾角以及相互位置关系，实现快速精准测量雾滴连续从一个叶片滚落后在其他叶片上的铺展规律，并可进行三组或三组以上的叶片互相滚落，同时可测试真实植株沉积雾滴后叶片的铺展，在多组摄像头数据融合后，可快速得出雾滴铺展模型。本发明将雾滴作为重点对象，研究少量特征雾滴的铺展，使得雾滴的铺展研究深入细致，为变量喷药及其机理的研究提供重要的方法和手段。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，将所述多层叶片的层数设置为不少于三层。

3.根据权利要求2所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，当所述多层叶片的层数为三层时，所述托叶架装置包括纵向设置的升降支架和分别横向设置的上层托叶架、中层托叶架及下层托叶架；所述多层叶片分别对应固定在各层托叶架上，所述各层托叶架的一端分别铰接于升降支架上，且在计算机控制系统的作用下调节所述多层叶片的角度变化范围。

4.根据权利要求1所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，将所述顶置摄像头的数量设置为多组，各组顶置摄像头分别可移动地安装在所述多层叶片上方的水平轨道上。

5.根据权利要求4所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，每组顶置摄像头分别通过第一驱动装置可移动地安装在多层叶片上方的水平轨道上，所述第一驱动装置与计算机控制系统通讯连接，用于驱动每组顶置摄像头进行水平移动与垂直移动。

6.根据权利要求5所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，将所述侧置摄像头的数量设置为多组，各组侧置摄像头分别通过第二驱动装置设置在所述多层叶片的侧方，所述第二驱动装置与计算机控制系统通讯连接，用于驱动每组侧置摄像头进行角度转动。

7.根据权利要求6所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，所述第一驱动装置与第二驱动装置分别为步进电机。

8.根据权利要求1所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，步骤S3中，在雾滴开始扩散时通过电子计时装置进行计时，该电子计时装置与顶置摄像头连接，使得拍摄图像包含有时间信息。

9.根据权利要求8所述的基于时间戳雾滴叶面铺展特性获取方法，其特征在于，所述电子计时装置为电子秒表。