CN110225264A - 无人机近地航拍检测农田残膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法，采用无人机近地面航拍系统，通过以下步骤实现：一、计算所需的空间分辨率；通过相机焦距及分辨率设置飞行高度；二、规划航拍路线；启动无人机按规划航线完成飞行任务，飞行过程中通过航拍相机采集农田的视频；三、将视频流拆分成单张照片；通过对多张图像的拼接，得到耕地的全景图；四、预先通过人工实地勘测部分耕地土壤地膜污染程度，并采集该地区图像作为训练样本，构建基于深度学习的地膜污染程度预测模型；五、将待测样本输入深度学习模型得到耕地污染程度；本发明是一套系统、完整、快速的农田产量预测方法，相较于传统方法预测速度上具有明显优势，预测更为准确，而且实施成本低，安全高效，快速灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法。
背景技术
随着农业的发展，地膜在农业生产中的作用越来越大，特别是在我国北部地区，可促进了农民增曾产增收；但随地膜使用量的曾达，残膜清理不及时，给农业生态环境造成破坏的同时也严重影响了农业生产效益；近年来，随着对残膜污染认识的不断加深，残膜回收工作开始逐步展开；科学有效的评估地膜污染程度可以帮助帮助政府合理的发放地膜回收相关补贴，可以帮助农机企业评估残膜回收机具的作业效果，农户也可以根据污染程度制定合适的残膜回收作业方式；应用遥感手段进行作物估产与传统的估产方式相比具有时间少、费用低、范围广、准确性高等优点。其信息提取和估产结果具有科学性和客观性，因而被很多国家所使用。但传统卫星遥感因其成本高，分辨率小等诸多因素限制推广意义不大；近年来，基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在地理遥感测绘领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取土壤信息，具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点，是目前土壤信息快速获取的有效方法之一；综上所述，基于微小型无人机的遥感信息获取技术，具有精度高，成本低，适用范围广的特点；尤其是可针对播前农田中的残膜污染评估，通过数字图像处理图像拼接、神经网络回归分析等技术，实现大面积耕地的快速，准确的污染评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机近地面航拍系统的农田播前残膜污染检测评估的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明其特点在于：首先采用无人机近地面航拍系统，由以下步骤实现：
步骤一、根据被测耕地的特征及预测精度计算所需的空间分辨率；通过相机焦距及分辨率设置飞行高度；
步骤二、根据被测耕地的GPS地理信息以及步骤一中确定的飞行高度规划航拍路线；在相机起飞处放置相机校准标定板，启动无人机按规划航线完成飞行任务，飞行过程中通过航拍相机采集农田残膜的高清视频流；
步骤三、通过数字图像处理手段将视频流拆分成单张照片，在对图片做完预处理后，通过图形拼接技术，得到耕地的全景图；
步骤四、预先通过人工实地勘测部分耕地土壤地膜污染程度，并采集该地区图像作为训练样本，构建基于深度学习的地膜污染程度预测模型。神经网络如图4所示
步骤五、将待测样本输入深度学习模型得到耕地污染程度。
将待测样本输入深度学习模型得到耕地污染程度。
上述的无人机近地面航拍系统由：无人机、地面航线规划软件、运动相机、云台、相机校准标定板构成。
上述的相机校准标定板，由1×1m的白色聚四氟乙烯板构成，在白色区域周围粘贴黑色铜版纸：工作时在地面水平放置。
上述的采用图形拼接技术，步骤为，提取标定板的白色区域的4个角点作为图像正射影矫正的基点，对图像进行正射影矫正，再进行图形滤波；拍摄点定位信息提取；模型参数估计及图像变换；图像融合。
上述的预先通过人工实地勘测部分耕地土壤地膜污染程度，并采集该地区图像作为训练样本，构建基于深度学习的地膜污染程度预测模型
上述的将待测样本输入深度学习模型得到耕地污染程度。
本发明是一套系统、完整、快速的农田产量预测方法，相较于传统方法预测速度上具有明显优势，相较于基于卫星遥感的预测方法，预测更为准确，而且实施成本低，安全高效，快速灵活。
附图说明
图1为本发明的硬件系统图；
图2为本发明算法流程图；
图3为本发明图像拼接算法流程图。
图4为本发明所使用的神经网络。
具体实施方式
实施例：参照附图1～3，本发明实施例：步骤一：首先在卫星地图中找到耕地，并下载好相关地图规划航线；调试好航拍系统，首先将飞机放置在实验田的四个顶点，通过数传模块在电脑中获取农田的几何形状和位置信息；使用无人机拍摄标定板，同时调整飞行高度，待空间分辨率满足需求后记录飞行高度，并将该高度设置为飞行高度；在地面站中，选定由农田4个顶点坐标确定四边形区域，通过地面站的航线规划功能，规划出能够完整拍摄整个农田的航线；步骤二：根据被测耕地的位置地理信息以及步骤一中确定的飞行高度规划航拍路线，启动无人机按规划航线完成飞行任务，飞行过程中通过航拍相机采集农田残膜的高清视频流；步骤三：在得到视频流后，通过数字图像处理软件，将视频流拆分为单张图片，对每张图片进行高斯-拉普拉斯变换，在平滑滤波的同时锐化边缘和增强细节；通过记录在存储设备中的相机拍摄角度等信息，矫正图像得到正射影图像；通过拍摄点的地理位置和拍摄方形确立全景图匹配方式；确立匹配关系后，构造变换模型并估计模型参数；通过图像之间部分元素匹配关系拓展确定两幅图像的变换关系，通过变换模型将待拼接图像变换到参考图像的坐标系下，去除拼接图像中的重叠部分，消除由于光照等原因造成的待拼接图像色彩强度差异得到耕地的正射影全景图；步骤四：通过五点采样法确定采样样本区域，预先通过人工采用面积法确定测量样本区域污染程度，并采集该地区图像作为训练样本，构建基于深度学习方法的耕地图像与地膜污染程度的回归模型。步骤五：将待测样本图像输入卷积神经网络深度学习模型进而得到耕地污染程度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法，其特征在于：采用无人机近地面航拍系统对地面进行航拍，上述具体检测农田残膜的方法由以下步骤实现：
步骤一、根据被测耕地的几何形状和位置及地膜污染面积预测精度计算所需的空间分辨率；使用相机对标定板进行拍摄，确定满足空间分辨率的无人机飞行高度；
步骤二、根据被测耕地的位置和几何形状以及步骤一中确定的飞行高度规划航拍路线，在相机起飞处放置相机校准标定板，启动无人机按规划航线完成飞行任务，飞行过程中通过航拍相机采集农田残膜的高清视频流；
步骤三、通过数字图像处理软件将视频流拆分成单张照片，再对图片做完预处理后，通过图形拼接技术，得到耕地的全景图；
步骤四、通过五点采样法在被测耕地中确定样本点，人工通过面积法测定样本区域的地膜污染程度，并采集该地区图像作为训练样本，构建基于深度学习方法的耕地图像与地膜污染程度的回归模型。
步骤五、将待测耕地图像输入卷积神经网络深度学习模型得到耕地污染程度。
2.根据权利要求1所述的一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法，其特征在于：所述的无人机近地面航拍系统由：无人机、地面航线规划软件(常规还是自己设计的)、运动相机、云台、相机校准标定板构成。
3.根据权利要求2所述的一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法，其特征在于：所述的相机校准标定板由1×1m的白色聚四氟乙烯板构成，在白色区域周围粘贴黑色铜版纸，工作时相机标准标定板在地面水平放置。
4.根据权利要求1所述的一种无人机近地航拍检测农田残膜的方法，其特征在于：所述的采用图形拼接技术的步骤为：提取标定板的白色区域的4个角点作为图像正射影矫正的基点，对图像进行正射影矫正，再进行图形滤波；拍摄点定位信息提取；模型参数估计及图像变换；图像融合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190910 |