CN111248180B - 一种基于实例分割的喷药精准控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于实例分割的喷药精准控制方法，涉及农业喷药，解决的是现有识别方法存在喷药精度差、相机容易损坏的技术问题，所述控制方法包括：获取待识别目标不同角度、分辨率、清晰度的图像并作为训练图像；对所述训练图像进行实例分割训练，并建立所述待识别目标的目标识别模型；采用喷头在前、相机在后的拍摄方式获取施药作业环境的视频图像并输入所述目标识别模型，所述目标识别模型对所述视频图像中被喷头部分遮挡的目标进行实例分割得到喷洒目标范围；采用分组控制的喷头；控制与所述喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业。本发明还公开了一种基于实例分割的喷药精准控制装置。本发明可以提高喷药精准度、防止相机损坏。

Description

一种基于实例分割的喷药精准控制方法及装置
技术领域
本发明涉及农业喷药，更具体地说，它涉及一种基于实例分割的喷药精准控制方法及装置。
背景技术
基于视觉的水肥药喷洒技术已经应用于农业生产。传统的识别方法中，为了尽量避免目标被遮挡的情况，所以将相机放在喷头前面或侧边，虽然拍摄到的图像干扰小，但喷洒过程会对相机使用造成较大的干扰，喷药精度差，相机也容易被损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以提高喷药精准度、防止相机损坏的基于实例分割的喷药精准控制方法。
本发明的目的二是提供一种可以提高喷药精准度、防止相机损坏的基于实例分割的喷药精准控制装置。
为了实现上述目的一，本发明提供一种基于实例分割的喷药精准控制方法，所述控制方法包括：
获取待识别目标不同角度、分辨率、清晰度的图像并作为训练图像；
对所述训练图像进行实例分割训练，并建立所述待识别目标的目标识别模型；
采用喷头在前、相机在后的拍摄方式获取施药作业环境的视频图像并输入所述目标识别模型，所述目标识别模型对所述视频图像中被喷头部分遮挡的目标进行实例分割得到喷洒目标范围；
采用分组控制的喷头；控制与所述喷洒目标范围对应的喷头进行喷洒作业，采用目标跟踪方法跟踪目标，以实现对同一目标进行定量喷洒作业。
进一步地，所述目标识别模型通过工作站或服务器对所述训练图像进行实例分割训练得到。
进一步地，通过终端控制器控制所述相机获取施药作业环境的视频图像，所述终端控制器根据所述目标识别模型对所述视频图像中的目标进行实例分割得到喷洒目标范围。
进一步地，所述终端控制器为Mini PC或嵌入式系统。
进一步地，设定与所述喷洒目标范围对应的喷洒量阈值，在指定时间段内根据所述喷洒量阈值控制与所述喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业。
为了实现上述目的二，本发明提供一种基于实例分割的喷药精准控制装置，包括喷药小车，所述喷药小车上设有水肥药箱、终端控制器、多组喷头组件、分别与各组喷头组件一一对应的电磁阀和流量计，所述水肥药箱设有水泵，水泵通过所述流量计、电磁阀与各组喷头组件连接，所述喷头组件的后方设有相机，所述终端控制器电性连接所述水泵、电磁阀、流量计、相机；所述终端控制器通过所述相机获取施药作业环境的视频图像，根据上述的控制方法得到喷洒目标范围，并控制与所述喷洒目标范围对应的喷头组件进行定量喷洒作业。
作为进一步地改进，所述相机的外围设有光源。
进一步地，各所述喷头组件包括至少一个喷头，各所述喷头之间为镂空结构。
进一步地，各所述喷头之间为同心环形均匀布置的结构。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1.本发明通过对尽可能多的训练图像进行实例分割训练得到基于深度学习的目标识别模型，该目标识别模型不容易受遮挡的影响，在目标受得严重遮挡时，也识别出目标，具有较强的泛化能力，可以实现了相机在后而又不怕遮挡，解决了现有技术中只能相机在前或在侧边的技术问题，既可以提高对施药作业环境的视频图像中的目标的识别精度，得到精确的喷洒目标范围，从而提高喷药精度，同时又可以有效地减少或避免喷洒过程对相机的影响，防止相机损坏。
2.本发明通过采用分组控制的喷头，控制与喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业，可以进一步提高喷药精度，避免或减少无效的喷洒范围，使喷洒更加均匀，有利保护环境和充分利用资源。
附图说明
图1为本发明的控制流程方框图；
图2为本发明中控制装置的结构示意图；
图3为本发明中水泵与一组喷头组件连接的结构示意图；
图4为本发明中喷头组件的结构示意图。
其中：1-喷药小车、2-水肥药箱、3-终端控制器、4-喷头组件、5-水泵、6-相机、7-光源、8-喷头、9-喷洒支架、10-连接座、11-电机、12-电机支架、13-齿轮传动件、14-电池、15-电磁阀、16-流量计。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-4，一种基于实例分割的喷药精准控制方法，控制方法包括：
获取待识别目标不同角度、分辨率、清晰度的图像并作为训练图像，可以获取尽可能多训练图像以提高识别的准确率；
对训练图像进行实例分割训练，并建立待识别目标的目标识别模型；
采用喷头在前、相机在后的拍摄方式获取施药作业环境的视频图像并输入目标识别模型，目标识别模型对视频图像中被喷头部分遮挡的目标进行实例分割得到喷洒目标范围；
采用分组控制的喷头；控制与喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业，采用目标跟踪方法跟踪目标，以实现对同一目标进行定量喷洒作业。
本发明通过对尽可能多的训练图像进行实例分割训练得到基于深度学习的目标识别模型，该目标识别模型不容易受遮挡的影响，在目标受得严重遮挡时，也识别出目标，具有较强的泛化能力，可以实现了相机在后而又不怕遮挡，解决了现有技术中只能相机在前或在侧边的技术问题，既可以提高对施药作业环境的视频图像中的目标的识别精度，得到精确的喷洒目标范围，从而提高喷药精度，同时又可以有效地减少或避免喷洒过程对相机的影响，防止相机损坏。通过采用分组控制的喷头，控制与喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业，可以进一步提高喷药精度，避免或减少无效的喷洒范围，使喷洒更加均匀，有利保护环境和充分利用资源。
由于训练图像数量大、复杂度高，通过工作站或服务器对训练图像进行实例分割训练得到目标识别模型，工作站或服务器的配置高，运算力强，可以减少分割训练时间，提高工作效率。
得到目标识别模型后可以将目标识别模型导出到终端控制器，通过终端控制器控制相机获取施药作业环境的视频图像，终端控制器根据目标识别模型对视频图像中的目标进行实例分割得到喷洒目标范围。终端控制器为Mini PC或嵌入式系统。终端控制器体积小，携带方便，功耗低，非常适合在野外工作，稳定性好。
用户可设定与喷洒目标范围对应的喷洒量阈值，同时采用目标跟踪方法，在指定时间段内根据喷洒量阈值控制与喷洒目标范围对应的喷头进行定量喷洒作业。即对同一目标的喷洒目标范围可以实现定量喷洒，当喷洒量达到喷洒量阈值时，在指定的时间段内，即使该目标再出现在喷洒范围内，也不会继续对其喷洒，达到准确施药，避免过量喷药和节省成本。
一种基于实例分割的喷药精准控制装置，包括喷药小车1，喷药小车1上设有水肥药箱2、终端控制器3、多组喷头组件4、分别与各组喷头组件4一一对应的电磁阀15和流量计16，水肥药箱2设有水泵5，水泵5通过流量计16、电磁阀15与各组喷头组件4连接，即水泵5通过水管依次连接流量计16、电磁阀15、喷头组件4，喷头组件4的后方设有相机6，终端控制器3电性连接水泵5、电磁阀15、流量计16、相机6；终端控制器3通过相机6获取施药作业环境的视频图像，根据上述的控制方法得到喷洒目标范围，并控制与喷洒目标范围对应的喷头组件4进行定量喷洒作业。
相机6的外围设有光源7，光源7有两种安装方式，一是相机6从光源7中间穿过，二是光源7置于相机6旁，可以两种安装方式结合以提高打光效果，光源7为可调光源，光源7由终端控制器3控制，可以根据环境调节光源7的亮度，达到最佳的打光效果，可以提高相机6的拍摄精度。
各喷头组件4包括至少一个喷头8，各喷头8之间为镂空结构，方便相机6拍摄到目标。各喷头8之间为同心环形均匀布置的结构，如图3所示，相邻的3个喷头8作为一组，共同连接一个电磁阀15和流量计16，多组喷头组件4可以分别独立控制，可以实现准确和定量喷洒作业。
通过喷洒支架9来安装各喷头组件4、相机6和光源7，喷头8与相机6的相对空间位置是固定的。喷药小车1上设有用于安装喷洒支架9的连接座10，连接座10内设有与喷洒支架9配合的推力轴承，喷药小车1上设有电机支架12，电机支架12上设有电机11，电机11的转轴与喷洒支架9之间设有齿轮传动件13，电机11带动喷洒支架9旋转可以实现对各个角度的喷洒目标范围进行喷洒作业。喷药小车1上还设有电池14进行供电。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (2)

1.一种基于实例分割的喷药精准控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取待识别目标不同角度、分辨率、清晰度的图像并作为训练图像；
对所述训练图像进行实例分割训练，并建立所述待识别目标的目标识别模型；
采用喷头在前、相机在后的拍摄方式获取施药作业环境的视频图像并输入所述目标识别模型，所述目标识别模型对所述视频图像中被喷头部分遮挡的目标进行实例分割得到喷洒目标范围；
采用分组控制的喷头；控制与所述喷洒目标范围对应的喷头进行喷洒作业，采用目标跟踪方法跟踪目标，以实现对同一目标进行定量喷洒作业；
通过工作站或服务器对所述训练图像进行实例分割训练得到所述目标识别模型；
通过终端控制器控制所述相机获取施药作业环境的视频图像，所述终端控制器根据所述目标识别模型对所述视频图像中被喷头部分遮挡的目标进行实例分割得到喷洒目标范围；
用户可设定与所述喷洒目标范围对应的喷洒量阈值，在指定时间段内根据所述喷洒量阈值控制与所述喷洒目标范围对应的喷头进行喷洒作业；
实现所述控制方法的装置，包括喷药小车(1)，所述喷药小车(1)上设有水肥药箱(2)、终端控制器(3)、多组喷头组件(4)、分别与各组喷头组件(4)一一对应的电磁阀(15)和流量计(16)，所述水肥药箱(2)设有水泵(5)，水泵(5)通过所述流量计(16)、电磁阀(15)与各组喷头组件(4)连接，所述喷头组件(4)的后方设有相机(6)，所述终端控制器(3)电性连接所述水泵(5)、电磁阀(15)、流量计(16)、相机(6)；所述终端控制器(3)通过所述相机(6)获取施药作业环境的视频图像，根据所述的控制方法得到喷洒目标范围，并控制与所述喷洒目标范围对应的喷头组件(4)进行喷洒作业；
所述相机(6)的外围设有光源(7)；
各所述喷头组件(4)包括至少一个喷头(8)，各所述喷头(8)之间为镂空结构；
各所述喷头(8)均匀布置并组成同心环形结构；
相机(6)从光源(7)中间穿过或光源(7)置于相机(6)旁，光源(7)为可调光源，光源(7)由终端控制器(3)控制，可以根据环境调节光源(7)的亮度。
2.根据权利要求1所述的一种基于实例分割的喷药精准控制方法，其特征在于，所述终端控制器为Mini PC或嵌入式系统。
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